JP2022077462A - Electrode, battery cell, cell stack, and redox flow battery system - Google Patents

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JP2022077462A JP2020188348A JP2020188348A JP2022077462A JP 2022077462 A JP2022077462 A JP 2022077462A JP 2020188348 A JP2020188348 A JP 2020188348A JP 2020188348 A JP2020188348 A JP 2020188348A JP 2022077462 A JP2022077462 A JP 2022077462A
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雄大 池上
Takehiro Ikegami
雍容 董
Yong Rong Dong
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Abstract

To provide an electrode which can easily achieve both of the improvement of a battery reaction performance and a long life.SOLUTION: An electrode comprises: a base material; and a catalyst carried by the base material. The catalyst contains: a first catalyst structured by a complex oxide of a first element and a second element. An element of each of the first element and the second element is different. The first element is one kind of elements, selected from a group of Ti, Sn, Ce, W, Ta, Mo, and Nb. The second element is one kind of elements, selected from a group of Nb, Mn, Fe, Cu, Ti, Sn, and Ce. A rate of the number of mols of the first element to a total number of mols of the first element and the second element in the complex oxide is 0.4 or larger and is less than 0.9.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、電極、電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池システムに関する。 The present disclosure relates to electrodes, battery cells, cell stacks, and redox flow battery systems.

特許文献1のレドックスフロー電池用電極は、基体と基体に担持される触媒部とを備える。触媒部は、1種の元素の酸化物で構成されている。この触媒部により、レドックスフロー電池システムの電池反応性が向上する。 The electrode for a redox flow battery of Patent Document 1 includes a substrate and a catalyst portion supported on the substrate. The catalyst part is composed of an oxide of one kind of element. This catalyst section improves the battery reactivity of the redox flow battery system.

国際公開第2019/239732号International Publication No. 2019/239732

電池反応性の向上に加えて、電極の長寿命化が望まれている。 In addition to improving battery reactivity, it is desired to extend the life of the electrode.

本開示は、電池反応性の向上と長寿命化とを両立し易い電極を提供することを目的の一つとする。本開示は、長期にわたって電池反応性に優れる電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池システムを提供することを目的の一つとする。 One of the purposes of the present disclosure is to provide an electrode that can easily achieve both improvement in battery reactivity and long life. One of the objects of the present disclosure is to provide a battery cell, cell stack, and redox flow battery system having excellent battery reactivity over a long period of time.

本開示に係る電極は、
基材と、前記基材に担持される触媒と、を備える電極であって、
前記触媒は、第一元素と第二元素の複合酸化物で構成されている第一触媒を含み、
前記第一元素と前記第二元素とは、異種の元素であり、
前記第一元素は、Ti、Sn、Ce、W、Ta、Mo、及びNbからなる群より選択される1種の元素であり、
前記第二元素は、Nb、Mn、Fe、Cu、Ti、Sn、及びCeからなる群より選択される1種の元素であり、
前記複合酸化物における前記第一元素と前記第二元素の合計モル数に対する前記第一元素のモル数の割合が0.4以上0.9未満である。
The electrodes according to the present disclosure are
An electrode comprising a base material and a catalyst supported on the base material.
The catalyst includes a first catalyst composed of a composite oxide of a first element and a second element.
The first element and the second element are different elements and are different from each other.
The first element is one element selected from the group consisting of Ti, Sn, Ce, W, Ta, Mo, and Nb.
The second element is one element selected from the group consisting of Nb, Mn, Fe, Cu, Ti, Sn, and Ce.
The ratio of the number of moles of the first element to the total number of moles of the first element and the second element in the composite oxide is 0.4 or more and less than 0.9.

本開示に係る電池セルは、
本開示に係る電極を備える。
The battery cell according to the present disclosure is
The electrode according to the present disclosure is provided.

本開示に係るセルスタックは、
本開示に係る電池セルを複数備える。
The cell stack according to the present disclosure is
A plurality of battery cells according to the present disclosure are provided.

本開示に係るレドックスフロー電池システムは、
本開示に係る電極、本開示に係る電池セル、又は本開示に係るセルスタックを備える。
The redox flow battery system according to this disclosure is
It comprises an electrode according to the present disclosure, a battery cell according to the present disclosure, or a cell stack according to the present disclosure.

本開示に係る電極は、電池反応性の向上と長寿命化とを両立し易い。 The electrodes according to the present disclosure can easily achieve both improvement in battery reactivity and long life.

本開示に係る電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池システムは、長期にわたって電池反応性に優れる。 The battery cell, cell stack, and redox flow battery system according to the present disclosure are excellent in battery reactivity over a long period of time.

図1は、実施形態に係るレドックスフロー電池システムに備わる電極の概略を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an outline of electrodes provided in the redox flow battery system according to the embodiment. 図2は、図1に示す電極の一点鎖線円で囲まれた領域の概略を拡大して示す拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view showing an outline of the region surrounded by the alternate long and short dash line circle of the electrode shown in FIG. 1. 図3は、図2のIII-III切断線で電極を切断した状態の概略を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an outline of a state in which an electrode is cut along the III-III cutting line of FIG. 図4は、図2のIII-III切断線で電極を切断した状態の別例の概略を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an outline of another example in which the electrode is cut along the III-III cutting line of FIG. 図5は、図2のIII-III切断線で電極を切断した状態の更に別例の概略を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an outline of still another example in which the electrode is cut along the III-III cutting line of FIG. 図6は、図1に示す電極の一点鎖円で囲まれた領域の別例の概略を拡大して示す拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view showing an enlarged outline of another example of the region surrounded by the one-point chain circle of the electrode shown in FIG. 1. 図7は、図6に示すVII-VII切断線で電極を切断した状態の概略を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an outline of a state in which an electrode is cut along the VII-VII cutting line shown in FIG. 図8は、実施形態に係るレドックスフロー電池システムの概略構成図である。FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the redox flow battery system according to the embodiment. 図9は、実施形態に係るレドックスフロー電池システムに備わるセルスタックの概略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a cell stack provided in the redox flow battery system according to the embodiment. 図10は、試験例1において触媒をX線回折したときの分析結果のグラフを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a graph of analysis results when the catalyst is X-ray diffracted in Test Example 1. 図11は、試験例1において触媒の特定の結晶面におけるピーク角のグラフを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a graph of peak angles at a specific crystal plane of the catalyst in Test Example 1. 図12は、試験例2の試料No.2-1から試料No.2-5のリニアスイープボルタモグラムを示す図である。FIG. 12 shows the sample No. of Test Example 2. From 2-1 sample No. It is a figure which shows the linear sweep voltammogram of 2-5. 図13は、試験例2の試料No.2-6のリニアスイープボルタモグラムを示す図である。FIG. 13 shows the sample No. of Test Example 2. It is a figure which shows the linear sweep voltammogram of 2-6. 図14は、試験例2の試料No.2-7と試料No.2-8のリニアスイープボルタモグラムを示す図である。FIG. 14 shows the sample No. of Test Example 2. 2-7 and sample No. It is a figure which shows the linear sweep voltammogram of 2-8. 図15は、試験例2の試料No.2-9から試料No.2-11のリニアスイープボルタモグラムを示す図である。FIG. 15 shows the sample No. of Test Example 2. From 2-9, sample No. It is a figure which shows the linear sweep voltammogram of 2-11. 図16は、試験例2の試料No.2-12と試料No.2-13のリニアスイープボルタモグラムを示す図である。FIG. 16 shows the sample No. of Test Example 2. 2-12 and sample No. It is a figure which shows the linear sweep voltammogram of 2-13.

《本開示の実施形態の説明》
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
<< Explanation of Embodiments of the present disclosure >>
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.

(1)本開示の一態様に係る電極は、
基材と、前記基材に担持される触媒と、を備える電極であって、
前記触媒は、第一元素と第二元素の複合酸化物で構成されている第一触媒を含み、
前記第一元素と前記第二元素とは、異種の元素であり、
前記第一元素は、Ti、Sn、Ce、W、Ta、Mo、及びNbからなる群より選択される1種の元素であり、
前記第二元素は、Nb、Mn、Fe、Cu、Ti、Sn、及びCeからなる群より選択される1種の元素であり、
前記複合酸化物における前記第一元素と前記第二元素の合計モル数に対する前記第一元素のモル数の割合が0.4以上0.9未満である。
(1) The electrode according to one aspect of the present disclosure is
An electrode comprising a base material and a catalyst supported on the base material.
The catalyst includes a first catalyst composed of a composite oxide of a first element and a second element.
The first element and the second element are different elements and are different from each other.
The first element is one element selected from the group consisting of Ti, Sn, Ce, W, Ta, Mo, and Nb.
The second element is one element selected from the group consisting of Nb, Mn, Fe, Cu, Ti, Sn, and Ce.
The ratio of the number of moles of the first element to the total number of moles of the first element and the second element in the composite oxide is 0.4 or more and less than 0.9.

上記の形態は、電池反応性の向上と長寿命化とを両立し易い。その理由は、第一元素と第二元素とが特定の割合で含まれる複合酸化物で構成されている第一触媒を含むからである。第一元素は、耐酸性を有し、電解液中で溶解し難い。第二元素は、電池反応性の向上に寄与する。 In the above form, it is easy to achieve both improvement of battery reactivity and extension of life. The reason is that it contains a first catalyst composed of a composite oxide containing the first element and the second element in a specific ratio. The first element has acid resistance and is difficult to dissolve in the electrolytic solution. The second element contributes to the improvement of battery reactivity.

(2)上記電極の一形態として、
前記触媒の形状は、球状、楕円体状、鱗片状、針状、多角柱状、円柱状、楕円柱状、膜状、及び層状からなる群より選択される少なくとも一種の形状であることが挙げられる。
(2) As one form of the above electrode,
The shape of the catalyst may be at least one shape selected from the group consisting of a spherical shape, an ellipsoidal shape, a scale shape, a needle shape, a polygonal columnar shape, a columnar shape, an elliptical columnar shape, a membrane shape, and a layered shape.

上記形状の触媒は、基材に担持され易い上に、電解液の流通性の低下を抑制し易い。 The catalyst having the above-mentioned shape is easily supported on the base material and also easily suppresses a decrease in the flowability of the electrolytic solution.

(3)上記電極の一形態として、
前記基材の材質は、C又はTiを含むことが挙げられる。
(3) As one form of the above electrode,
The material of the base material may include C or Ti.

上記材質を含む基材は、電池反応性に優れる。 The base material containing the above materials has excellent battery reactivity.

(4)上記電極の一形態として、
前記基材は、繊維集合体又は焼結体であり、
前記繊維集合体は、不織布、織布、又はペーパーであることが挙げられる。
(4) As one form of the above electrode,
The base material is a fiber aggregate or a sintered body, and is
The fiber aggregate may be a non-woven fabric, a woven fabric, or a paper.

繊維集合体は、繊維同士の接点を多くし易いため、導電性を高め易い。繊維集合体は、基材に空隙を確保し易いため、電解液の流通性を高め易い。焼結体は、複数の粒子を圧縮成形した成形体を焼結したものである。焼結体は、粒子同士の接点を多くし易いため、導電性を高め易い。焼結体は、基材に空隙を確保し易いため、電解液の流通性を高め易い。 Since the fiber aggregate tends to increase the number of contacts between the fibers, it is easy to increase the conductivity. Since it is easy to secure voids in the base material of the fiber aggregate, it is easy to improve the flowability of the electrolytic solution. The sintered body is a sintered body obtained by compression molding a plurality of particles. Since the sintered body tends to have many contacts between particles, it is easy to increase the conductivity. Since it is easy to secure voids in the base material of the sintered body, it is easy to improve the flowability of the electrolytic solution.

(5)上記電極の一形態として、
前記触媒を前記基材に結合させているバインダーを備えることが挙げられる。
(5) As one form of the above electrode,
It may be provided with a binder in which the catalyst is bonded to the substrate.

上記の形態は、長期にわたって電池反応性に優れる電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池システムを構築し易い。その理由は、バインダーによって触媒を基材に強固に担持させられるため、触媒が基材から脱落し難いからである。 The above embodiment facilitates the construction of battery cells, cell stacks, and redox flow battery systems that are excellent in battery reactivity over a long period of time. The reason is that the catalyst is firmly supported on the base material by the binder, so that the catalyst does not easily fall off from the base material.

(6)上記(5)の電極の一形態として、
前記バインダーは、樹脂、金属、炭化物、及び金属酸化物からなる群より選択される1種以上を含むことが挙げられる。
(6) As one form of the electrode of (5) above,
The binder may contain one or more selected from the group consisting of resins, metals, carbides, and metal oxides.

上記の形態は、基材に対して触媒を強固に固定させ易い。そのため、上記形態は、長期にわたって、触媒が基材から脱落することを抑制し易い。特に、レドックスフロー電池システムの長期にわたる運転においても、触媒が基材から脱落し難い。 The above-mentioned form makes it easy to firmly fix the catalyst to the base material. Therefore, the above-mentioned form easily suppresses the catalyst from falling off from the substrate for a long period of time. In particular, even in the long-term operation of the redox flow battery system, the catalyst does not easily fall off from the base material.

(7)本開示の一態様に係る電池セルは、
上記(1)から上記(6)のいずれか1つの電極を備える。
(7) The battery cell according to one aspect of the present disclosure is
The electrode is provided with any one of the above (1) to (6).

上記の形態は、長期にわたって電池反応性に優れる。その理由は、電池セルが、電池反応性の向上と長寿命化とを両立し易い電極を備えるからである。 The above form has excellent battery reactivity over a long period of time. The reason is that the battery cell is provided with an electrode that easily achieves both improvement in battery reactivity and long life.

(8)本開示の一態様に係るセルスタックは、
上記(7)の電池セルを複数備える。
(8) The cell stack according to one aspect of the present disclosure is
A plurality of the battery cells of (7) above are provided.

上記の形態は、長期にわたって電池反応性に優れる。その理由は、セルスタックに備わる電池セルが、電池反応性の向上と長寿命化とを両立し易い電極を備えるからである。 The above form has excellent battery reactivity over a long period of time. The reason is that the battery cell provided in the cell stack is provided with an electrode that easily achieves both improvement in battery reactivity and long life.

(9)本開示の一態様に係るレドックスフロー電池システムは、
上記(1)から上記(6)のいずれか1つの電極、上記(7)の電池セル、又は上記(8)のセルスタックを備える。
(9) The redox flow battery system according to one aspect of the present disclosure is
It includes any one of the electrodes (1) to (6), the battery cell of (7), or the cell stack of (8).

上記の形態は、長期にわたって電池反応性に優れる。その理由は、レドックスフロー電池システムが、電池反応性の向上と長寿命化とを両立し易い電極、その電極を備える電池セル、又はその電池セルを備えるセルスタックを備えるからである。 The above form has excellent battery reactivity over a long period of time. The reason is that the redox flow battery system includes an electrode that facilitates both improvement of battery reactivity and long life, a battery cell provided with the electrode, or a cell stack including the battery cell.

《本開示の実施形態の詳細》
本開示の実施形態に係るレドックスフロー電池システムの詳細を、以下に説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。以下、レドックスフロー電池システムをRF電池システムと表記することがある。
<< Details of Embodiments of the present disclosure >>
Details of the redox flow battery system according to the embodiment of the present disclosure will be described below. The same reference numerals in the figure indicate the same names. Hereinafter, the redox flow battery system may be referred to as an RF battery system.

《実施形態》
〔レドックスフロー電池システム〕
図1から図9を参照して、実施形態のRF電池システム1を説明する。RF電池システム1は、図8に示すように、電池セル10と電池セル10に電解液を循環する循環機構とを備える。電池セル10は、正極電極14と、負極電極15と、隔膜11とを有する。隔膜11は、正極電極14と負極電極15との間に配置されている。正極電極14及び負極電極15の少なくとも一方は、図1に示す電極100で構成されている。電極100は、図3などに示す触媒120を備える。本形態のRF電池システム1の特徴の一つは、触媒120が特定の第一触媒121を含む点にある。以下の説明は、RF電池システム1の概要と基本構成、本形態のRF電池システム1の各構成の詳細、の順に行う。
<< Embodiment >>
[Redox flow battery system]
The RF battery system 1 of the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9. As shown in FIG. 8, the RF battery system 1 includes a battery cell 10 and a circulation mechanism for circulating an electrolytic solution in the battery cell 10. The battery cell 10 has a positive electrode 14, a negative electrode 15, and a diaphragm 11. The diaphragm 11 is arranged between the positive electrode 14 and the negative electrode 15. At least one of the positive electrode 14 and the negative electrode 15 is composed of the electrode 100 shown in FIG. The electrode 100 includes a catalyst 120 shown in FIG. 3 and the like. One of the features of the RF battery system 1 of the present embodiment is that the catalyst 120 includes a specific first catalyst 121. The following description will be given in the order of the outline and basic configuration of the RF battery system 1 and the details of each configuration of the RF battery system 1 of the present embodiment.

[RF電池システムの概要]
RF電池システム1は、発電部510で発電した電力を充電して蓄え、蓄えた電力を放電して負荷530に供給する(図8)。RF電池システム1は、代表的には、交流/直流変換器500と変電設備520とを介して発電部510と負荷530との間に接続される。発電部510としては、例えば、太陽光発電装置や風力発電装置、その他一般の発電所などが挙げられる。負荷530としては、例えば、電力の需要家などが挙げられる。RF電池システム1は、正極電解液と負極電解液とを使用する。正極電解液と負極電解液とは、酸化還元により価数が変化する金属イオンを活物質として含有する。RF電池システム1の充放電は、正極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位と負極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位との差を利用して行われる。図8における交流/直流変換器500と変電設備520との間の実線矢印は充電を意味し、破線矢印は放電を意味する。RF電池システム1は、例えば、負荷平準化用途、瞬低補償や非常用電源などの用途、大量導入が進められている太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの出力平滑化用途などに利用される。
[Overview of RF battery system]
The RF battery system 1 charges and stores the electric power generated by the power generation unit 510, discharges the stored electric power, and supplies the stored electric power to the load 530 (FIG. 8). The RF battery system 1 is typically connected between the power generation unit 510 and the load 530 via the AC / DC converter 500 and the substation equipment 520. Examples of the power generation unit 510 include a solar power generation device, a wind power generation device, and other general power plants. Examples of the load 530 include electric power consumers. The RF battery system 1 uses a positive electrode electrolytic solution and a negative electrode electrolytic solution. The positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution contain metal ions whose valences change due to redox as active materials. Charging and discharging of the RF battery system 1 is performed by utilizing the difference between the redox potential of the ions contained in the positive electrode electrolytic solution and the redox potential of the ions contained in the negative electrode electrolytic solution. In FIG. 8, the solid line arrow between the AC / DC converter 500 and the substation equipment 520 means charging, and the broken line arrow means discharging. The RF battery system 1 is used, for example, for load leveling applications, applications such as instantaneous low compensation and emergency power sources, and applications for smoothing the output of natural energy such as solar power generation and wind power generation, which are being introduced in large quantities. To.

[RF電池の基本構成]
RF電池システム1は、水素イオンを透過させる隔膜11で正極セルと負極セルとに分離された電池セル10を備える。
[Basic configuration of RF battery]
The RF battery system 1 includes a battery cell 10 separated into a positive electrode cell and a negative electrode cell by a diaphragm 11 that allows hydrogen ions to permeate.

正極セルには、正極電極14が内蔵されている。正極セルには、正極用循環機構10Pにより正極電解液が循環する。正極用循環機構10Pは、正極電解液タンク18と、供給管20と、排出管22と、ポンプ24とを備える。正極電解液タンク18は、正極電解液を貯留する。供給管20と排出管22とは、正極電解液が流通する。供給管20は、正極電解液タンク18と正極セルとを接続している。排出管22は、正極セルと正極電解液タンク18とを接続している。ポンプ24は、正極電解液タンク18内の正極電解液を圧送する。ポンプ24は、供給管20の途中に設けられている。 The positive electrode cell 14 is built in the positive electrode cell. The positive electrode electrolytic solution circulates in the positive electrode cell by the positive electrode circulation mechanism 10P. The positive electrode circulation mechanism 10P includes a positive electrode electrolyte tank 18, a supply pipe 20, a discharge pipe 22, and a pump 24. The positive electrode electrolyte tank 18 stores the positive electrode electrolyte. A positive electrode electrolytic solution flows through the supply pipe 20 and the discharge pipe 22. The supply pipe 20 connects the positive electrode electrolyte tank 18 and the positive electrode cell. The discharge pipe 22 connects the positive electrode cell and the positive electrode electrolyte tank 18. The pump 24 pumps the positive electrode electrolyte in the positive electrode electrolyte tank 18. The pump 24 is provided in the middle of the supply pipe 20.

負極セルには、負極電極15が内蔵されている。負極セルには、負極用循環機構10Nにより負極電解液が循環する。負極用循環機構10Nは、負極電解液タンク19と、供給管21と、排出管23と、ポンプ25とを備える。負極電解液タンク19は、負極電解液を貯留する。供給管21と排出管23とは、負極電解液が流通する。供給管21は、負極電解液タンク19と負極セルとを接続している。排出管23は、負極セルと負極電解液タンク19とを接続している。ポンプ25は、負極電解液タンク19内の負極電解液を圧送する。ポンプ25は、供給管21の途中に設けられている。 The negative electrode cell 15 is built in the negative electrode cell. The negative electrode electrolytic solution is circulated in the negative electrode cell by the negative electrode circulation mechanism 10N. The negative electrode circulation mechanism 10N includes a negative electrode electrolyte tank 19, a supply pipe 21, a discharge pipe 23, and a pump 25. The negative electrode electrolyte tank 19 stores the negative electrode electrolyte. The negative electrode electrolytic solution flows through the supply pipe 21 and the discharge pipe 23. The supply pipe 21 connects the negative electrode electrolyte tank 19 and the negative electrode cell. The discharge pipe 23 connects the negative electrode cell and the negative electrode electrolyte tank 19. The pump 25 pumps the negative electrode electrolytic solution in the negative electrode electrolytic solution tank 19. The pump 25 is provided in the middle of the supply pipe 21.

充放電を行う運転時、ポンプ24及びポンプ25により、正極電解液及び負極電解液は、正極電解液タンク18及び負極電解液タンク19から供給管20及び供給管21を流通して正極セル及び負極セルに供給される。正極電解液及び負極電解液は、正極セル及び負極セルから排出管22及び排出管23を流通して正極電解液タンク18及び負極電解液タンク19に排出される。この供給及び排出により、正極電解液及び負極電解液が正極セル及び負極セルに循環される。充放電を行わない待機時、ポンプ24及びポンプ25は停止している。即ち、正極電解液及び負極電解液は循環されない。 During the charging / discharging operation, the positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution are circulated from the positive electrode electrolytic solution tank 18 and the negative electrode electrolytic solution tank 19 through the supply pipe 20 and the supply pipe 21 by the pump 24 and the pump 25 to flow the positive electrode cell and the negative electrode. It is supplied to the cell. The positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution flow from the positive electrode cell and the negative electrode cell through the discharge pipe 22 and the discharge pipe 23, and are discharged to the positive electrode electrolyte tank 18 and the negative electrode electrolyte tank 19. By this supply and discharge, the positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution are circulated in the positive electrode cell and the negative electrode cell. The pump 24 and the pump 25 are stopped during standby without charging / discharging. That is, the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte are not circulated.

[電極]
図1に示す本形態の電極100は、上述したように正極電極14及び負極電極15の少なくとも一方を構成している。この電極100は、図2などに示す基材110と、図3などに示す触媒120とを有する。
[electrode]
As described above, the electrode 100 of the present embodiment shown in FIG. 1 constitutes at least one of the positive electrode 14 and the negative electrode 15. The electrode 100 has a base material 110 shown in FIG. 2 and the like, and a catalyst 120 shown in FIG. 3 and the like.

(基材)
基材110は、電池反応に寄与する。基材110は、触媒120を保持する。
(Base material)
The base material 110 contributes to the battery reaction. The base material 110 holds the catalyst 120.

〈材質〉
基材110の材質は、導電性を有するものであれば特に限定されない。基材110の材質は、C(炭素)、又はTi(チタン)を含む。基材110は、C、又はTiを含むことで、電池反応性に優れる電極100を構築し易い。基材110は、上記の単一元素で構成されていてもよいし、上記元素を含む化合物で構成されていてもよい。化合物としては、炭化物、炭窒化物やTi酸化物が挙げられる。基材110は、上記材質以外の元素を含む場合もあり得る。例えば、基材110は、Ru(ルテニウム)、Ir(イリジウム)、W(タングステン)、Pt(白金)、Au(金)、Pd(パラジウム)、Mn(マンガン)、及び導電性ポリマーからなる群より選択される1種の材質を含んでいてもよい。基材110の材質は、X線回折により求められる。
<Material>
The material of the base material 110 is not particularly limited as long as it has conductivity. The material of the base material 110 includes C (carbon) or Ti (titanium). Since the base material 110 contains C or Ti, it is easy to construct the electrode 100 having excellent battery reactivity. The base material 110 may be composed of the above-mentioned single element or may be composed of a compound containing the above-mentioned element. Examples of the compound include carbides, carbonitrides and Ti oxides. The base material 110 may contain elements other than the above-mentioned materials. For example, the base material 110 is composed of a group consisting of Ru (ruthenium), Ir (iridium), W (tungsten), Pt (platinum), Au (gold), Pd (palladium), Mn (manganese), and a conductive polymer. It may contain one selected material. The material of the base material 110 is obtained by X-ray diffraction.

基材110は、多孔質材料で構成されている。多孔質材料の具体例として、図2に示す繊維集合体111、又は図6に示す焼結体112のいずれか一方が挙げられる。繊維集合体111としては、複数の繊維111aを主体とするもので、不織布、織布、及びペーパーからなる群より選択される1つが挙げられる。不織布は、独立した繊維を交絡させたものである。織布は、繊維の縦糸と横糸とを交互に織り合わせたものである。ペーパーは、複数の繊維と、繊維を結着するバインダーとを有するものである。ペーパーのバインダーの材質は、例えば、後述するように、触媒120を基材110に結合させるバインダーと同様の材質が挙げられる。焼結体112としては、複数の粒子112aを圧縮成形した成形体を焼結したものが挙げられる。繊維集合体111は、繊維111a同士の接点を多くし易いため、導電性に優れる。繊維集合体111は、基材110に空隙を確保し易いため、電解液の流通性に優れる。焼結体112は、粒子112a同士の接点を多くし易いため、導電性に優れる。焼結体112は、基材110に空隙を確保し易いため、電解液の流通性に優れる。 The base material 110 is made of a porous material. Specific examples of the porous material include either the fiber aggregate 111 shown in FIG. 2 or the sintered body 112 shown in FIG. The fiber aggregate 111 is mainly composed of a plurality of fibers 111a, and one selected from the group consisting of non-woven fabric, woven fabric, and paper can be mentioned. The non-woven fabric is made by entwining independent fibers. The woven cloth is made by weaving the warp and weft of fibers alternately. The paper has a plurality of fibers and a binder for binding the fibers. As the material of the binder of the paper, for example, as described later, the same material as the binder for binding the catalyst 120 to the base material 110 can be mentioned. Examples of the sintered body 112 include a sintered body obtained by compression molding a plurality of particles 112a. The fiber aggregate 111 is excellent in conductivity because it is easy to increase the number of contacts between the fibers 111a. The fiber aggregate 111 is excellent in the flowability of the electrolytic solution because it is easy to secure voids in the base material 110. The sintered body 112 is excellent in conductivity because it is easy to increase the number of contacts between the particles 112a. Since the sintered body 112 can easily secure voids in the base material 110, the sintered body 112 is excellent in the flowability of the electrolytic solution.

繊維111aの横断面の平均径は、例えば、3μm以上100μm以下が挙げられる。繊維111aの平均径が3μm以上であることで、繊維集合体111の強度が高くなる。繊維111aの平均径が100μm以下であることで、単位重量当たりの繊維111aの表面積が大きくなるため、基材110は十分な電池反応を行うことができる。繊維111aの平均径は、更に5μm以上50μm以下が挙げられ、特に7μm以上20μm以下が挙げられる。繊維111aの横断面の平均径は、繊維111aの横断面の面積と等しい面積を有する円の直径の平均であり、次のようにして求められる。電極100を切断して繊維111aの横断面を露出させる。顕微鏡下で5視野以上とる。1視野につき3本以上の繊維111aについて、横断面積と同じ面積を有する円の直径を求める。全視野で求めた円の直径を平均する。 The average diameter of the cross section of the fiber 111a is, for example, 3 μm or more and 100 μm or less. When the average diameter of the fibers 111a is 3 μm or more, the strength of the fiber aggregate 111 is increased. When the average diameter of the fibers 111a is 100 μm or less, the surface area of the fibers 111a per unit weight becomes large, so that the base material 110 can carry out a sufficient battery reaction. Further, the average diameter of the fiber 111a is 5 μm or more and 50 μm or less, and particularly 7 μm or more and 20 μm or less. The average diameter of the cross section of the fiber 111a is the average diameter of a circle having an area equal to the area of the cross section of the fiber 111a, and is obtained as follows. The electrode 100 is cut to expose the cross section of the fiber 111a. Take at least 5 fields of view under a microscope. For three or more fibers 111a per field of view, the diameter of a circle having the same area as the cross-sectional area is obtained. Average the diameters of the circles obtained in the entire field of view.

粒子112aの平均粒径は、例えば、3μm以上500μm以下が挙げられる。粒子112aの平均粒径が3μm以上であることで、電極100の製造段階では、粒子112aを取り扱い易い。粒子112aの平均粒径が500μm以下であることで、単位重量当たりの粒子112aの表面積が大きく、基材110は十分な電池反応を行うことができる。粒子112aの平均粒径は、更に10μm以上300μm以下が挙げられ、特に50μm以上200μm以下が挙げられる。粒子112aの平均粒径は、次のようにして求められる。走査型電子顕微鏡下で、5つ以上の観察視野とる。1つの観察視野につき3個以上の粒子112aにおける楕円の長軸の長さを求める。全観察視野で求めた楕円の長軸の長さを平均する。 The average particle size of the particles 112a is, for example, 3 μm or more and 500 μm or less. Since the average particle size of the particles 112a is 3 μm or more, the particles 112a can be easily handled at the manufacturing stage of the electrode 100. When the average particle size of the particles 112a is 500 μm or less, the surface area of the particles 112a per unit weight is large, and the base material 110 can carry out a sufficient battery reaction. The average particle size of the particles 112a is further 10 μm or more and 300 μm or less, and particularly 50 μm or more and 200 μm or less. The average particle size of the particles 112a is determined as follows. Take 5 or more observation fields under a scanning electron microscope. The length of the long axis of the ellipse in the three or more particles 112a is obtained for one observation field. Average the length of the long axis of the ellipse obtained in the entire observation field.

(触媒)
触媒120は、電池反応を促進する。触媒120は、第一触媒121を含む。第一触媒121は、第一元素と第二元素の複合酸化物で構成されている。つまり、第一触媒121は、二元酸化物である。触媒120の全てが第一触媒121で構成されていてもよい。触媒120は、第一触媒121の他に、第二触媒を含んでいてもよい。第二触媒は、第一触媒121とは異なり、例えば、単一元素の酸化物で構成されることが挙げられる。第二触媒の図示は省略する。以下の説明では、単一元素の酸化物を単一酸化物と称することがある。
(catalyst)
The catalyst 120 promotes the battery reaction. The catalyst 120 includes a first catalyst 121. The first catalyst 121 is composed of a composite oxide of a first element and a second element. That is, the first catalyst 121 is a binary oxide. All of the catalyst 120 may be composed of the first catalyst 121. The catalyst 120 may include a second catalyst in addition to the first catalyst 121. Unlike the first catalyst 121, the second catalyst may be composed of, for example, an oxide of a single element. The illustration of the second catalyst is omitted. In the following description, a single element oxide may be referred to as a single oxide.

〈複合酸化物の組成〉
複合酸化物における第一元素と第二元素とは、互いに異種の元素である。第一元素は、Ti、Sn、Ce、W、Ta、Mo、及びNbからなる群より選択される1種の元素である。第二元素は、Nb、Mn、Fe、Cu、Ti、Sn、及びCeからなる群より選択される1種の元素である。第一元素は、耐酸性を有し、電解液に溶解し難い。第一元素は、電解液中に長期にわたって存在することができる。第二元素は、電池反応性の向上に寄与する。
<Composition of composite oxide>
The first element and the second element in the composite oxide are different elements from each other. The first element is one element selected from the group consisting of Ti, Sn, Ce, W, Ta, Mo, and Nb. The second element is one element selected from the group consisting of Nb, Mn, Fe, Cu, Ti, Sn, and Ce. The first element has acid resistance and is difficult to dissolve in the electrolytic solution. The first element can be present in the electrolytic solution for a long period of time. The second element contributes to the improvement of battery reactivity.

複合酸化物における第一元素と第二元素の合計モル数に対する第一元素のモル数の割合は、0.4以上0.9未満を満たす。複合酸化物における第一元素と第二元素の合計モル数に対する第二元素のモル数の割合は、0.1超0.6以下を満たす。第一元素のモル数の割合と第二元素のモル数の割合との合計は1.0である。上記複合酸化物は、第一元素のモル数の割合と第二元素のモル数の割合とが上記特定の範囲を満たすことで、電池反応性の向上と長寿命化とを両立し易い電極100を構築できる。第一元素のモル数の割合は、更に0.5以上0.8以下が挙げられ、特に0.6以上0.8以下が挙げられる。即ち、第二元素のモル数の割合は、更に0.2以上0.5以下が挙げられ、特に0.2以上0.4以下が挙げられる。 The ratio of the number of moles of the first element to the total number of moles of the first element and the second element in the composite oxide satisfies 0.4 or more and less than 0.9. The ratio of the number of moles of the second element to the total number of moles of the first element and the second element in the composite oxide satisfies more than 0.1 and 0.6 or less. The total of the ratio of the number of moles of the first element and the ratio of the number of moles of the second element is 1.0. In the composite oxide, the electrode 100 is easy to achieve both improvement of battery reactivity and long life by satisfying the above-mentioned specific range between the ratio of the number of moles of the first element and the ratio of the number of moles of the second element. Can be built. The ratio of the number of moles of the first element is further 0.5 or more and 0.8 or less, and particularly 0.6 or more and 0.8 or less. That is, the ratio of the number of moles of the second element is further 0.2 or more and 0.5 or less, and particularly 0.2 or more and 0.4 or less.

例えば、第一元素がTi又はCeの場合、第一元素のモル数の割合は、0.4以上が挙げられる。即ち、第二元素のモル数の割合は、0.6以下が挙げられる。 For example, when the first element is Ti or Ce, the ratio of the number of moles of the first element may be 0.4 or more. That is, the ratio of the number of moles of the second element is 0.6 or less.

例えば、第一元素がSnの場合、第一元素のモル数の割合は、0.4以上、更には0.6以上、特に0.7以上が挙げられる。即ち、第二元素のモル数の割合は、0.6以下、0.4以下、0.3以下が挙げられる。 For example, when the first element is Sn, the ratio of the number of moles of the first element is 0.4 or more, more preferably 0.6 or more, and particularly 0.7 or more. That is, the ratio of the number of moles of the second element is 0.6 or less, 0.4 or less, and 0.3 or less.

例えば、第一元素がW、Mo、又はNbの場合、第一元素のモル数の割合は、0.6以上、更には0.7以上が挙げられる。即ち、第二元素のモル数の割合は、0.4以下、更には0.3以下が挙げられる。 For example, when the first element is W, Mo, or Nb, the ratio of the number of moles of the first element is 0.6 or more, further 0.7 or more. That is, the ratio of the number of moles of the second element is 0.4 or less, more preferably 0.3 or less.

以下の説明では、「コロン(:)」を挟んで前に記載される元素及び数字は第一元素の種類及び第一元素のモル数の割合を示す。「コロン(:)」を挟んで後に記載される元素及び数字は第二元素の種類及び第二元素のモル数の割合を示す。
Ti:Ceは、0.4以上0.6以下:0.4以上0.6以下が挙げられる。
Ti:Mn、Ti:Sn、及びTi:Nbは、0.4以上0.8以下:0.2以上0.6以下が挙げられる。
Sn:Mnは、0.6以上0.8以下:0.2以上0.4以下が挙げられる。
Sn:Cuは、0.7以上0.8以下:0.2以上0.3以下が挙げられる。
Sn:Nb、及びSn:Ceは、0.4以上0.8以下:0.2以上0.6以下が挙げられる。
Sn:Nbは、更に、0.6以上0.8以下:0.2以上4.0が挙げられる。
Ce:Ti、Ce:Nb、及びCe:Mnは、0.4以上0.8以下:0.2以上0.6以下が挙げられる。
W:Fe、及びW:Cuは、0.6以上0.8以下:0.2以上0.4以下が挙げられる。
Mo:Feは、0.7以上0.8以下:0.2以上0.3以下が挙げられる。
Nb:Tiは、0.6以上0.8以下:0.2以上0.4以下が挙げられる。
Nb:Feは、0.7以上0.8以下:0.2以上0.3以下が挙げられる。
In the following description, the elements and numbers described before the "colon (:)" indicate the type of the first element and the ratio of the number of moles of the first element. The elements and numbers described after the "colon (:)" indicate the type of the second element and the ratio of the number of moles of the second element.
Examples of Ti: Ce include 0.4 or more and 0.6 or less: 0.4 or more and 0.6 or less.
Examples of Ti: Mn, Ti: Sn, and Ti: Nb are 0.4 or more and 0.8 or less: 0.2 or more and 0.6 or less.
Sn: Mn may be 0.6 or more and 0.8 or less: 0.2 or more and 0.4 or less.
Examples of Sn: Cu are 0.7 or more and 0.8 or less: 0.2 or more and 0.3 or less.
Examples of Sn: Nb and Sn: Ce are 0.4 or more and 0.8 or less: 0.2 or more and 0.6 or less.
Further, Sn: Nb is 0.6 or more and 0.8 or less: 0.2 or more and 4.0.
Examples of Ce: Ti, Ce: Nb, and Ce: Mn include 0.4 or more and 0.8 or less: 0.2 or more and 0.6 or less.
Examples of W: Fe and W: Cu include 0.6 or more and 0.8 or less: 0.2 or more and 0.4 or less.
Mo: Fe may be 0.7 or more and 0.8 or less: 0.2 or more and 0.3 or less.
Examples of Nb: Ti include 0.6 or more and 0.8 or less: 0.2 or more and 0.4 or less.
Examples of Nb: Fe are 0.7 or more and 0.8 or less: 0.2 or more and 0.3 or less.

第一元素と第二元素との組み合わせは、更に以下の組み合わせとすることもできる。
第一元素は、Ti、Sn、Ce、W、Ta、及びMoからなる群より選択される1種の元素である。第二元素は、Nb、Mn、Fe、及びCuからなる群より選択される1種の元素である。
The combination of the first element and the second element can be further made into the following combinations.
The first element is one element selected from the group consisting of Ti, Sn, Ce, W, Ta, and Mo. The second element is one element selected from the group consisting of Nb, Mn, Fe, and Cu.

〈単一酸化物の組成〉
単一酸化物で構成されている触媒は、公知の触媒が挙げられる。単一酸化物における単一元素は、例えば、上述の第一元素又は上述の第二元素でもよいし、第一元素及び第二元素とは異なる元素でもよい。第一元素及び第二元素とは異なる元素からなる単一酸化物としては、例えば、IrO、RuOが挙げられる。
<Composition of single oxide>
Examples of the catalyst composed of a single oxide include known catalysts. The single element in the single oxide may be, for example, the above-mentioned first element or the above-mentioned second element, or may be an element different from the first element and the second element. Examples of the single oxide composed of the first element and the element different from the second element include IrO 2 and RuO 2 .

触媒120の組成は、基材110と同様の装置を用いてX線回折により求められる。 The composition of the catalyst 120 is determined by X-ray diffraction using the same apparatus as the substrate 110.

〈形状〉
触媒120の形状は、球状、楕円体状、鱗片状、針状、多角柱状、円柱状、楕円柱状、膜状、及び層状からなる群より選択される少なくとも一種の形状であることが挙げられる。触媒120が上記形状であることで、基材110に担持され易い上に、電解液の流通性が低下し難い。楕円体状とは、長球状や扁球状が含まれる。「球状」、「楕円体状」、「鱗片状」、「針状」、「多角柱状」、「円柱状」、及び「楕円柱状」とは、幾何学上の球、楕円体、鱗片、針、多角柱、円柱、及び楕円柱だけでなく、実質的に球、楕円体、鱗片、針、多角柱、円柱、及び楕円柱と見なされる範囲を含む。例えば、「多角柱状」には、角部に丸みを有する形状を含む。
<shape>
The shape of the catalyst 120 may be at least one shape selected from the group consisting of a spherical shape, an ellipsoidal shape, a scaly shape, a needle shape, a polygonal columnar shape, a columnar shape, an elliptical columnar shape, a film shape, and a layered shape. Since the catalyst 120 has the above shape, it is easily supported on the base material 110 and the flowability of the electrolytic solution is unlikely to decrease. The ellipsoidal shape includes a long spherical shape and an oblate spherical shape. "Spherical", "elliptical", "scaly", "needle", "polygonal column", "cylindrical", and "elliptical column" are geometric spheres, ellipsoids, scales, needles. Includes not only polygonal columns, cylinders, and ellipsoidal columns, but also ranges that are considered to be substantially spheres, ellipsoids, scales, needles, polygonal columns, cylinders, and elliptical columns. For example, the "polygonal column" includes a shape having rounded corners.

〈大きさ〉
触媒120の平均粒径は、例えば、1nm以上100μm以下が挙げられる。大きさが1nm以上の触媒120は、基材110に保持され易い。大きさが100μm以下の触媒120は、電池反応性を向上し易い。触媒120の平均粒径は、更に5nm以上10μm以下が挙げられ、特に10nm以上1μm以下が挙げられる。触媒120の平粒粒径は、触媒120の断面の面積と等しい面積を有する円の直径の平均であり、次のようにして求められる。電極100を切断して触媒120の断面を露出させる。走査型電子顕微鏡下で、5つ以上の観察視野をとる。1つの観察視野につき3個以上の触媒120の断面積と同じ面積を有する円の直径を求める。全観察視野で求めた円の直径を平均する。第一触媒121のみの平均粒径が1nm以上100μm以下でもよい。
<size>
The average particle size of the catalyst 120 is, for example, 1 nm or more and 100 μm or less. The catalyst 120 having a size of 1 nm or more is easily held by the base material 110. A catalyst 120 having a size of 100 μm or less tends to improve battery reactivity. The average particle size of the catalyst 120 is further 5 nm or more and 10 μm or less, and particularly 10 nm or more and 1 μm or less. The flat grain size of the catalyst 120 is the average of the diameters of circles having an area equal to the area of the cross section of the catalyst 120, and is obtained as follows. The electrode 100 is cut to expose the cross section of the catalyst 120. Take five or more observation fields under a scanning electron microscope. The diameter of a circle having the same area as the cross-sectional area of three or more catalysts 120 is obtained for one observation field. Average the diameters of the circles obtained in the entire observation field. The average particle size of only the first catalyst 121 may be 1 nm or more and 100 μm or less.

〈存在比率〉
電極100に占める触媒120の存在比率は、例えば、0.1質量%以上70質量%以下が挙げられる。触媒120の存在比率は、電極100を100質量%としたときの触媒120を構成する元素の合計含有量の質量割合である。例えば、電極100が図3又は図4に示すように基材110と触媒120とで構成される場合、基材110と触媒120との合計含有量が100質量%である。電極100が図5に示すように基材110と触媒120とバインダー130とで構成される場合、基材110と触媒120とバインダー130との合計含有量が100質量%である。
<Existence ratio>
The abundance ratio of the catalyst 120 in the electrode 100 is, for example, 0.1% by mass or more and 70% by mass or less. The abundance ratio of the catalyst 120 is the mass ratio of the total content of the elements constituting the catalyst 120 when the electrode 100 is 100% by mass. For example, when the electrode 100 is composed of the base material 110 and the catalyst 120 as shown in FIG. 3 or FIG. 4, the total content of the base material 110 and the catalyst 120 is 100% by mass. When the electrode 100 is composed of the base material 110, the catalyst 120, and the binder 130 as shown in FIG. 5, the total content of the base material 110, the catalyst 120, and the binder 130 is 100% by mass.

触媒120の存在比率が0.1質量%以上70質量%以下であることで、電極100が触媒120を含むと共に、基材110を確保できる。触媒120の存在比率は、更に1質量%以上70質量%以下が挙げられ、特に10質量%以上50質量%以下、10質量%以上30質量%以下が挙げられる。触媒120の存在比率は、熱重量測定により求められる。 When the abundance ratio of the catalyst 120 is 0.1% by mass or more and 70% by mass or less, the electrode 100 includes the catalyst 120 and the base material 110 can be secured. The abundance ratio of the catalyst 120 further includes 1% by mass or more and 70% by mass or less, and particularly 10% by mass or more and 50% by mass or less and 10% by mass or more and 30% by mass or less. The abundance ratio of the catalyst 120 is determined by thermogravimetric analysis.

触媒120に占める第一触媒121の存在比率は、例えば、30質量%以上が挙げられる。第一触媒121の存在比率は、触媒120全体を100質量%としたときの第一触媒121の合計質量の割合である。第一触媒121の存在比率が30質量%以上であれば、電池反応性の向上と長寿命化とを両立し易い。第一触媒121の存在比率は、更に40質量%以上が挙げられ、特に50質量%以上が挙げられる。第一触媒121の存在比率の上限値は、100質量%が挙げられる。即ち、第一触媒121の存在比率は、30質量%以上100質量%以下が挙げられ、更に40質量%以上100質量%以下が挙げられ、特に50質量%以上100質量%以下が挙げられる。 The abundance ratio of the first catalyst 121 in the catalyst 120 is, for example, 30% by mass or more. The abundance ratio of the first catalyst 121 is the ratio of the total mass of the first catalyst 121 when the entire catalyst 120 is 100% by mass. When the abundance ratio of the first catalyst 121 is 30% by mass or more, it is easy to achieve both improvement of battery reactivity and extension of life. The abundance ratio of the first catalyst 121 is further 40% by mass or more, and particularly 50% by mass or more. The upper limit of the abundance ratio of the first catalyst 121 is 100% by mass. That is, the abundance ratio of the first catalyst 121 is 30% by mass or more and 100% by mass or less, further 40% by mass or more and 100% by mass or less, and particularly 50% by mass or more and 100% by mass or less.

〈存在形態〉
触媒120は、基材110に担持されている。ここで言う担持とは、触媒120が基材110に導通した状態で固定されることを言う。触媒120が基材110に固定される形態としては、触媒120が基材110に直接固定される形態と、基材110に間接的に固定される形態とがある。
<Existence form>
The catalyst 120 is supported on the base material 110. The term "supporting" as used herein means that the catalyst 120 is fixed in a state of being conductive on the base material 110. As the form in which the catalyst 120 is fixed to the base material 110, there are a form in which the catalyst 120 is directly fixed to the base material 110 and a form in which the catalyst 120 is indirectly fixed to the base material 110.

直接固定される形態としては、図3又は図7に示すように、触媒120が基材110の表面に付着する形態、図4に示すように、触媒120の少なくとも一部が基材110に埋まっている形態が挙げられる。触媒120の実質的に全てが基材110に埋まっていてもよい。図7では、説明の便宜上、全ての触媒120が基材110の表面に付着する形態を示しているが、基材110が粒子112aを有する場合であっても、触媒120の少なくとも一部が粒子112aに埋まっていてもよい。 As a form to be directly fixed, as shown in FIG. 3 or FIG. 7, a form in which the catalyst 120 adheres to the surface of the base material 110, and as shown in FIG. 4, at least a part of the catalyst 120 is embedded in the base material 110. The form is mentioned. Substantially all of the catalyst 120 may be embedded in the substrate 110. FIG. 7 shows a form in which all the catalysts 120 adhere to the surface of the base material 110 for convenience of explanation, but even when the base material 110 has particles 112a, at least a part of the catalyst 120 is particles. It may be buried in 112a.

触媒120は、触媒120の一部が基材110に埋まっている場合、基材110から露出される部分と、基材110に埋まっている部分とを有する。触媒120が基材110から露出される部分を有することで、電極100の使用初期から触媒作用を発揮できる。触媒120が基材110に埋まっている部分を有することで、触媒120が基材110に強固に担持される。そのため、長期にわたって、触媒120が基材110から脱落することを抑制し易い。特に、RF電池システム1の長期にわたる運転においても触媒120が基材110から脱落し難い。触媒120の実質的に全てが埋まっている場合、電極100が経時的に劣化した際に触媒120が露出される。露出された触媒120が、触媒作用を発揮する。 The catalyst 120 has a portion exposed from the base material 110 and a portion buried in the base material 110 when a part of the catalyst 120 is embedded in the base material 110. Since the catalyst 120 has a portion exposed from the base material 110, the catalyst 120 can exert a catalytic action from the initial stage of use of the electrode 100. Since the catalyst 120 has a portion embedded in the base material 110, the catalyst 120 is firmly supported on the base material 110. Therefore, it is easy to prevent the catalyst 120 from falling off from the base material 110 for a long period of time. In particular, the catalyst 120 is unlikely to fall off from the base material 110 even in the long-term operation of the RF battery system 1. When substantially all of the catalyst 120 is filled, the catalyst 120 is exposed when the electrode 100 deteriorates over time. The exposed catalyst 120 exerts a catalytic action.

間接的に固定される形態としては、触媒120が基材110に付着されず、図5に示すように、後述するバインダー130によって触媒120が基材110に結合されることが挙げられる。 As an indirectly fixed form, the catalyst 120 is not attached to the base material 110, and as shown in FIG. 5, the catalyst 120 is bound to the base material 110 by a binder 130 described later.

基材110の表面に付着した状態の触媒120(図3)、一部が基材110に埋まった状態の触媒120(図4)、及びバインダー130によって固定された状態の触媒120(図5)からなる群より選択される少なくとも一つの触媒120と、完全に基材110に埋まった状態の触媒120(図4)とが混在していてもよい。完全に基材110に埋まった状態の触媒120は、電極100の使用初期には触媒作用を発揮できない。そのため、基材110から露出される部分を有する触媒120は必ず含まれる。 The catalyst 120 attached to the surface of the base material 110 (FIG. 3), the catalyst 120 partially embedded in the base material 110 (FIG. 4), and the catalyst 120 fixed by the binder 130 (FIG. 5). At least one catalyst 120 selected from the group consisting of the above, and the catalyst 120 (FIG. 4) completely embedded in the base material 110 may be mixed. The catalyst 120 completely buried in the base material 110 cannot exert a catalytic action at the initial stage of use of the electrode 100. Therefore, the catalyst 120 having a portion exposed from the base material 110 is always included.

〈バインダー〉
電極100は、図5に示すように、バインダー130を備えていてもよい。バインダー130は、触媒120を基材110に結合させる。バインダー130により、触媒120が基材110に接触した状態に強固に固定される。そのため、長期にわたって触媒120が基材110から脱落し難い。バインダー130は、触媒120の少なくとも一部を覆う。バインダー130は、基材110から触媒120にわたって基材110と触媒120とを覆うように設けられることが挙げられる。
<binder>
The electrode 100 may include a binder 130 as shown in FIG. The binder 130 binds the catalyst 120 to the substrate 110. The binder 130 firmly fixes the catalyst 120 in contact with the base material 110. Therefore, the catalyst 120 is unlikely to fall off from the base material 110 for a long period of time. The binder 130 covers at least a part of the catalyst 120. The binder 130 may be provided so as to cover the base material 110 and the catalyst 120 from the base material 110 to the catalyst 120.

バインダー130の材質は、電解液に対して溶解し難い材質が挙げられる。バインダー130は、樹脂、金属、炭化物、及び金属酸化物からなる群より選択される1種以上を含む。バインダー130がこれらの材質を含むことで、基材110に対して触媒120が強固に固定され易い。そのため、長期にわたって、触媒120が基材110から脱落し難い。特に、RF電池システム1の長期にわたる運転においても、触媒120が基材110から脱落し難い。樹脂としては、例えば、フェノール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンが挙げられる。金属としては、例えば、Ti、Wが挙げられる。炭化物としては、例えば、炭化チタン、炭化マンガン、炭化タングステンが挙げられる。金属酸化物は、第一触媒121を構成する複合酸化物及び第二触媒を構成する単一酸化物とは異なる酸化物である。金属酸化物としては、例えば、アルミナ、酸化スズが挙げられる。金属酸化物が酸化スズで構成されている場合、第二触媒は酸化スズ以外の単一酸化物で構成される。 Examples of the material of the binder 130 include a material that is difficult to dissolve in the electrolytic solution. The binder 130 contains one or more selected from the group consisting of resins, metals, carbides, and metal oxides. When the binder 130 contains these materials, the catalyst 120 is easily firmly fixed to the base material 110. Therefore, the catalyst 120 is unlikely to fall off from the base material 110 for a long period of time. In particular, even in the long-term operation of the RF battery system 1, the catalyst 120 is unlikely to fall off from the base material 110. Examples of the resin include phenol, polytetrafluoroethylene, and polyvinylidene fluoride. Examples of the metal include Ti and W. Examples of the carbide include titanium carbide, manganese carbide, and tungsten carbide. The metal oxide is an oxide different from the composite oxide constituting the first catalyst 121 and the single oxide constituting the second catalyst. Examples of the metal oxide include alumina and tin oxide. When the metal oxide is composed of tin oxide, the second catalyst is composed of a single oxide other than tin oxide.

電極100のうちバインダー130の占める存在比率は、1質量%以上50質量%以下が挙げられ、更に20質量%以上40質量%以下が挙げられる。バインダー130の存在比率は、基材110と触媒120とバインダー130との合計含有量を100質量%としたときのバインダー130を構成する元素の合計含有量の質量割合である。バインダー130の質量割合は、熱重量測定により求められる。 The abundance ratio of the binder 130 in the electrode 100 is 1% by mass or more and 50% by mass or less, and further 20% by mass or more and 40% by mass or less. The abundance ratio of the binder 130 is the mass ratio of the total content of the elements constituting the binder 130 when the total content of the base material 110, the catalyst 120 and the binder 130 is 100% by mass. The mass ratio of the binder 130 is determined by thermogravimetric analysis.

(空孔率)
非圧縮状態の電極100の空孔率Pは、例えば、40%以上95%以下が挙げられる。非圧縮状態とは、電池セル10又は図9の下図を参照して後述するサブスタック200sを組み立てる前の状態をいう。非圧縮状態の電極100は、40%以上の空孔率Pを有することで、空孔が多い。このような電極100は圧縮されても、空孔が確保される。そのため、圧縮状態の電極100は電解液の流通性に優れる。非圧縮状態の電極100は、95%以下の空孔率Pを有することで、空孔が多すぎない。このような電極100は圧縮されると、繊維同士が接触し易い。そのため、圧縮状態の電極100は、導電性に優れる。よって、非圧縮状態における空孔率Pが95%以下の電極100は、電池反応性に優れるRF電池システム1を構築し易い。非圧縮状態の電極100の空孔率Pは、更に50%以上95%以下が挙げられ、特に60%以上85%以下が挙げられる。非圧縮状態の電極100の空孔率Pは、水銀圧入法により求められる。
(Porosity)
The porosity P0 of the electrode 100 in the uncompressed state is, for example, 40% or more and 95% or less. The uncompressed state refers to a state before assembling the sub-stack 200s described later with reference to the battery cell 10 or the lower figure of FIG. The electrode 100 in the uncompressed state has a large number of pores because it has a porosity P0 of 40% or more. Even if such an electrode 100 is compressed, pores are secured. Therefore, the electrode 100 in the compressed state is excellent in the flowability of the electrolytic solution. The electrode 100 in the uncompressed state has a porosity P0 of 95% or less, so that the number of pores is not too large. When such an electrode 100 is compressed, the fibers tend to come into contact with each other. Therefore, the compressed electrode 100 is excellent in conductivity. Therefore, the electrode 100 having a porosity P0 of 95% or less in the uncompressed state makes it easy to construct an RF battery system 1 having excellent battery reactivity. The porosity P0 of the electrode 100 in the uncompressed state is further 50% or more and 95% or less, and particularly 60% or more and 85% or less. The porosity P0 of the electrode 100 in the uncompressed state is obtained by the mercury intrusion method.

圧縮状態の電極100の空孔率Pは、例えば、30%以上90%以下が挙げられる。圧縮状態とは、電池セル10又はサブスタック200sを組み立てた後の状態をいう。空孔率Pが30%以上の電極100は、電解液の流通性に優れる。空孔率Pが90%以下の電極100は、導電性に優れる。圧縮状態の電極100の空孔率Pは、更に40%以上80%以下が挙げられ、特に45%以上70%以下が挙げられる。圧縮状態の電極100の空孔率Pは、P=100-{(100-P)d/d}で求められる。dは、非圧縮状態の電極100の厚みである。dは、圧縮状態の電極100の厚みである。圧縮状態の電極100の厚みdは、圧縮試験で求められる。厚みd及び厚みdは、5箇所以上の厚みの平均値とする。 The porosity P1 of the compressed electrode 100 is, for example, 30% or more and 90% or less. The compressed state means a state after assembling the battery cell 10 or the sub-stack 200s. The electrode 100 having a porosity P 1 of 30% or more is excellent in the flowability of the electrolytic solution. The electrode 100 having a porosity P 1 of 90% or less is excellent in conductivity. The porosity P 1 of the compressed electrode 100 is further 40% or more and 80% or less, and particularly 45% or more and 70% or less. The porosity P 1 of the compressed electrode 100 is obtained by P 1 = 100-{(100-P 0 ) d 0 / d 1 }. d 0 is the thickness of the electrode 100 in the uncompressed state. d 1 is the thickness of the compressed electrode 100. The thickness d 1 of the electrode 100 in the compressed state is obtained by a compression test. The thickness d 0 and the thickness d 1 are the average values of the thicknesses of five or more places.

(厚み)
非圧縮状態の電極100の厚みdは、例えば、0.20mm以上1.00mm以下が挙げられる。厚みdが0.20mm以上の電極100は圧縮されても、電池反応を行う反応場を大きくできる。非圧縮状態の電極100は、1.0mm以下の厚みdを有することで、過度に厚すぎない。そのため、厚みdが1.0mm以下の電極100は、薄型のRF電池システム1を構築できる。非圧縮状態の電極100の厚みdは、更に0.3mm以上1.00mm以下が挙げられ、特に0.40mm以上0.70mm以下が挙げられる。
(Thickness)
The thickness d0 of the electrode 100 in the uncompressed state is, for example, 0.20 mm or more and 1.00 mm or less. Even if the electrode 100 having a thickness d 0 of 0.20 mm or more is compressed, the reaction field in which the battery reaction is performed can be increased. The electrode 100 in the uncompressed state has a thickness d 0 of 1.0 mm or less, so that the electrode 100 is not excessively thick. Therefore, the electrode 100 having a thickness d 0 of 1.0 mm or less can construct a thin RF battery system 1. The thickness d0 of the electrode 100 in the uncompressed state further includes 0.3 mm or more and 1.00 mm or less, and particularly 0.40 mm or more and 0.70 mm or less.

圧縮状態の電極100の厚みdは、例えば、0.20mm以上0.60mm以下が挙げられる。厚みdが0.20mm以上の電極100は、電池反応を行う反応場を大きくできる。厚みdが0.60mm以下の電極100は、RF電池システム1を薄型にできる。 The thickness d 1 of the compressed electrode 100 may be, for example, 0.20 mm or more and 0.60 mm or less. The electrode 100 having a thickness d 1 of 0.20 mm or more can increase the reaction field in which the battery reaction is performed. The electrode 100 having a thickness d 1 of 0.60 mm or less can make the RF battery system 1 thin.

(製造)
電極100は、工程S1から工程S3を経て製造できる。
工程S1は、基材110の素材と、触媒120の構成元素を含有する塗布液とを準備する。
工程S2は、素材の表面に塗布液を塗布する。
工程S3は、塗布液が塗布された素材に熱処理を施す。
(Manufacturing)
The electrode 100 can be manufactured from step S1 to step S3.
In step S1, the material of the base material 110 and the coating liquid containing the constituent elements of the catalyst 120 are prepared.
In step S2, the coating liquid is applied to the surface of the material.
In step S3, the material to which the coating liquid is applied is heat-treated.

〈工程S1〉
準備する素材は、上述した繊維集合体又は焼結体が挙げられる。素材の大きさや形状は、所望の電極100における基材110の大きさや形状となるように適宜選択すればよい。素材は、公知のブラストやエッチング処理等を行って表面積拡大及び表面粗化の少なくとも一方を行ったものを利用したり、ブラストやエッチング処理後、公知の表面の選択エッチングを行って清浄化及び活性化の少なくとも一方を行ったものを利用してもよい。
<Process S1>
Examples of the material to be prepared include the above-mentioned fiber aggregate or sintered body. The size and shape of the material may be appropriately selected so as to be the size and shape of the base material 110 in the desired electrode 100. The material used is one that has undergone at least one of surface area expansion and surface roughening by performing known blasting or etching treatment, or after blasting or etching treatment, selective etching of the known surface is performed to purify and activate the material. You may use the one that has undergone at least one of the etchings.

準備する塗布液は、原料と溶媒とを含有する。原料としては、触媒120を構成する第一元素を含む第一の塩と第二元素を含む第二の塩とが挙げられる。塗布液に含まれる第一の塩と第二の塩の割合は、後述する工程S3後、触媒120を構成する複合酸化物における第一元素と第二元素のモル数の割合が上述の範囲を満たすように調整する。溶媒としては、水や有機溶媒を利用できる。有機溶媒としては、エタノールなどが挙げられる。 The coating liquid to be prepared contains a raw material and a solvent. Examples of the raw material include a first salt containing a first element and a second salt containing a second element constituting the catalyst 120. The ratio of the first salt to the second salt contained in the coating liquid is such that the ratio of the number of moles of the first element and the second element in the composite oxide constituting the catalyst 120 is within the above range after the step S3 described later. Adjust to meet. As the solvent, water or an organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include ethanol and the like.

〈工程S2〉
素材の表面に塗布液を塗布する方法としては、刷毛塗法、噴霧法、浸漬法、フローコート法、ロールコート法など公知の方法が挙げられる。素材に塗布液を塗布した後は、乾燥する。
<Process S2>
Examples of the method of applying the coating liquid to the surface of the material include known methods such as a brush coating method, a spraying method, a dipping method, a flow coating method, and a roll coating method. After applying the coating liquid to the material, it dries.

〈工程S3〉
塗布液を塗布した素材に施す熱処理の条件は、雰囲気と温度と時間とを以下の通りとすることが挙げられる。雰囲気は、酸素を含む。酸素を含む雰囲気は、酸化性雰囲気や、還元ガスが含まれるガス中で酸化状態を調整した雰囲気が含まれる。雰囲気は、例えば大気雰囲気でもよい。熱処理温度は、例えば、300℃以上700℃以下が挙げられる。熱処理時間は、例えば、10分以上5時間以下が挙げられる。熱処理温度を300℃以上、熱処理時間を10分以上とすることで、基材110の全領域にわたって均一的に分散して触媒120が付着した電極100を製造できる。熱処理温度を700℃以下、熱処理時間を5時間以下とすることで、基材110に対する触媒120の存在比率が大きくなり過ぎることを抑制できる。熱処理温度は、更に400℃以上600℃以下が挙げられ、特に450℃以上550℃以下が挙げられる。熱処理時間は、更に15分以上2時間以下が挙げられ、特に30分以上1時間以下が挙げられる。
<Process S3>
The conditions for heat treatment applied to the material to which the coating liquid is applied include the following conditions of atmosphere, temperature, and time. The atmosphere contains oxygen. The atmosphere containing oxygen includes an oxidizing atmosphere and an atmosphere in which the oxidation state is adjusted in a gas containing a reducing gas. The atmosphere may be, for example, an atmospheric atmosphere. The heat treatment temperature is, for example, 300 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. The heat treatment time may be, for example, 10 minutes or more and 5 hours or less. By setting the heat treatment temperature to 300 ° C. or higher and the heat treatment time to 10 minutes or longer, the electrode 100 to which the catalyst 120 is attached can be manufactured by uniformly dispersing over the entire region of the base material 110. By setting the heat treatment temperature to 700 ° C. or lower and the heat treatment time to 5 hours or less, it is possible to prevent the abundance ratio of the catalyst 120 to the base material 110 from becoming too large. Further, the heat treatment temperature may be 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and particularly 450 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. The heat treatment time may be further 15 minutes or more and 2 hours or less, and particularly 30 minutes or more and 1 hour or less.

上記熱処理によって、基材110の内部に触媒120の構成元素が熱拡散によって浸透し、基材110の表面に触媒120が分散して密着される。上記塗布液を素材の表面に塗布した後に熱処理を施して得られた電極100では、触媒120が主に基材110の表面に付着した状態となる。また、上記熱処理を施して得られた電極100では、触媒120の一部分が基材110に埋まった状態となることもある。 By the above heat treatment, the constituent elements of the catalyst 120 permeate the inside of the base material 110 by thermal diffusion, and the catalyst 120 is dispersed and adhered to the surface of the base material 110. In the electrode 100 obtained by applying the coating liquid to the surface of the material and then heat-treating it, the catalyst 120 is mainly attached to the surface of the base material 110. Further, in the electrode 100 obtained by performing the above heat treatment, a part of the catalyst 120 may be buried in the base material 110.

上述の塗布液として、更にバインダー130を構成する元素の原料を加えた塗布液を用いれば、バインダー130によって触媒120が基材110に固定された電極100が製造される。バインダー130を構成する元素の原料を加えた塗布液を用いる場合、工程S2と工程S3は、熱処理時間が15分以上2時間以下である点を除いて、上述の工程S2と工程S3と同様である。 If a coating liquid to which a raw material of an element constituting the binder 130 is further added is used as the above-mentioned coating liquid, an electrode 100 in which the catalyst 120 is fixed to the base material 110 by the binder 130 is manufactured. When the coating liquid containing the raw materials of the elements constituting the binder 130 is used, the steps S2 and S3 are the same as the above-mentioned steps S2 and S3 except that the heat treatment time is 15 minutes or more and 2 hours or less. be.

[セルスタック]
電池セル10は、通常、図8と図9の下図とに示すように、セルスタック200と呼ばれる構造体の内部に形成される。セルスタック200は、サブスタック200sと、2枚のエンドプレート220と、締付機構230とを備える。セルスタック200は、図9の下図では、複数のサブスタック200sを備える形態を例示している。各サブスタック200sは、図9の下図に示すように、積層体と、2枚の給排板210とを備える。積層体は、図8と図9の上図とに示すように、セルフレーム16、正極電極14、隔膜11、及び負極電極15を、この順番で複数積層して構成されている。給排板210は、図9の下図に示すように、積層体の両端に配置される。2枚のエンドプレート220は、複数のサブスタック200sを両端のサブスタック200sの外側から挟み込む。締付機構230は、両エンドプレート220を締め付ける。
[Cell stack]
The battery cell 10 is usually formed inside a structure called a cell stack 200, as shown in FIGS. 8 and 9 below. The cell stack 200 includes a sub-stack 200s, two end plates 220, and a tightening mechanism 230. In the lower figure of FIG. 9, the cell stack 200 exemplifies a form including a plurality of sub-stacks 200s. As shown in the lower figure of FIG. 9, each sub-stack 200s includes a laminated body and two supply / discharge plates 210. As shown in FIGS. 8 and 9, the laminate is composed of a plurality of cell frames 16, a positive electrode 14, a diaphragm 11, and a negative electrode 15 laminated in this order. As shown in the lower figure of FIG. 9, the supply / discharge plate 210 is arranged at both ends of the laminated body. The two end plates 220 sandwich the plurality of sub-stacks 200s from the outside of the sub-stacks 200s at both ends. The tightening mechanism 230 tightens both end plates 220.

[セルフレーム]
セルフレーム16は、双極板161と、双極板161の外周縁部を囲む枠体162とを備える。セルフレーム16は、双極板161の表面と枠体162の内周面とで正極電極14又は負極電極15を配置する凹部160を形成する。隣接するセルフレーム16の双極板161の間に一つの電池セル10が形成される。双極板161を挟んで表裏に、隣り合う電池セル10の正極セルと負極電極15とが形成される。双極板161の表面には、電解液を流通させ易くするために凹部が形成されていてもよい。この凹部の形状は、適宜選択できる。凹部は、例えば、複数の溝を有することが挙げられる。複数の溝は、例えば、電解液の流通方向と直交する方向に所定の間隔をあけて並べられる形態が挙げられる。この形態の場合、各溝は電解液の流通方向に沿って直線状に延びる。
[Cell frame]
The cell frame 16 includes a bipolar plate 161 and a frame body 162 that surrounds the outer peripheral edge portion of the bipolar plate 161. The cell frame 16 forms a recess 160 in which the positive electrode 14 or the negative electrode 15 is arranged on the surface of the bipolar plate 161 and the inner peripheral surface of the frame 162. One battery cell 10 is formed between the bipolar plates 161 of the adjacent cell frames 16. A positive electrode cell and a negative electrode electrode 15 of adjacent battery cells 10 are formed on the front and back sides of the bipolar plate 161. A recess may be formed on the surface of the bipolar plate 161 to facilitate the flow of the electrolytic solution. The shape of this recess can be appropriately selected. The recess may have, for example, a plurality of grooves. For example, the plurality of grooves may be arranged at predetermined intervals in a direction orthogonal to the flow direction of the electrolytic solution. In this form, each groove extends linearly along the flow direction of the electrolytic solution.

セルフレーム16は、上記積層体の隣り合う電池セル10の間に配置される中間セルフレームと、上記積層体の両端に配置される端部セルフレームとがある。中間セルフレームは、双極板161の一方の面に一方の電池セル10の正極電極14が接し、双極板161の他方の面に他方の電池セル10の負極電極15が接する。端部セルフレームは、双極板161の一方の面に電池セル10の正極電極14及び負極電極15のいずれかの一方の電極と接し、双極板161の他方の面には電極が存在しない。セルフレーム16の構成は、中間セルフレーム及び端部セルフレームのいずれにおいても同様である。 The cell frame 16 includes an intermediate cell frame arranged between the adjacent battery cells 10 of the laminated body and end cell frames arranged at both ends of the laminated body. In the intermediate cell frame, the positive electrode 14 of one battery cell 10 is in contact with one surface of the bipolar plate 161 and the negative electrode 15 of the other battery cell 10 is in contact with the other surface of the bipolar plate 161. The end cell frame is in contact with one of the positive electrode 14 and the negative electrode 15 of the battery cell 10 on one surface of the bipolar plate 161 and has no electrode on the other surface of the bipolar plate 161. The configuration of the cell frame 16 is the same for both the intermediate cell frame and the end cell frame.

枠体162は、双極板161を支持し、内側に電池セル10となる領域を形成する。本形態の枠体162の形状は、矩形枠状である。即ち、凹部160の開口形状は、矩形状である。枠体162は、給液側片と、給液側片に向かい合う排液側片とを備える。セルフレーム16を平面視した際、給液側片と排液側片とが互いに向かい合う方向を縦方向、縦方向に直交する方向を横方向とすると、給液側片が上記縦方向下側、排液側片が上記縦方向上側に位置している。給液側片は、電池セル10の内部に電解液を供給する給液マニホールド163、164及び給液スリット163s、164sを有する。排液側片は、電池セル10の外部に電解液を排出する排液マニホールド165、166、及び排液スリット165s、166sを有する。電解液の流れは、枠体162の上記縦方向下側から上記縦方向上側に向かう方向である。 The frame body 162 supports the bipolar plate 161 and forms a region to be the battery cell 10 inside. The shape of the frame body 162 of this embodiment is a rectangular frame shape. That is, the opening shape of the recess 160 is rectangular. The frame 162 includes a liquid supply side piece and a liquid discharge side piece facing the liquid supply side piece. When the cell frame 16 is viewed in a plan view, if the direction in which the liquid supply side piece and the liquid drain side piece face each other is the vertical direction and the direction orthogonal to the vertical direction is the horizontal direction, the liquid supply side piece is on the lower side in the vertical direction. The drainage side piece is located on the upper side in the vertical direction. The liquid supply side piece has a liquid supply manifold 163, 164 and a liquid supply slit 163s, 164s for supplying an electrolytic solution inside the battery cell 10. The drain side piece has a drain manifold 165, 166, and drain slits 165s, 166s for draining the electrolytic solution to the outside of the battery cell 10. The flow of the electrolytic solution is from the lower side in the vertical direction to the upper side in the vertical direction of the frame body 162.

給液側片の内縁には、給液整流部が形成されていてもよい。給液整流部は、給液スリット163s、164sから供給された電解液を給液側片の内縁沿いに拡散する。排液側片の内縁には、排液整流部が形成されていてもよい。排液整流部は、正極電極14又は負極電極15を流通した電解液を排液側片の内縁沿いに集約して排液スリット165s、166sに流通させる。給液整流部と排液整流部の図示は省略する。 A liquid supply rectifying portion may be formed on the inner edge of the liquid supply side piece. The liquid supply rectifying unit diffuses the electrolytic solution supplied from the liquid supply slits 163s and 164s along the inner edge of the liquid supply side piece. A drainage rectifying portion may be formed on the inner edge of the drainage side piece. The effluent rectifying unit collects the electrolytic solution that has passed through the positive electrode 14 or the negative electrode 15 along the inner edge of the effluent side piece and circulates the electrolytic solution through the effluent slits 165s and 166s. The illustration of the liquid supply rectifying unit and the drainage rectifying unit is omitted.

セルフレーム16における各極電解液の流れは、次の通りである。正極電解液は、給液マニホールド163から枠体162の一面側の給液側片に形成される給液スリット163sを流通して正極電極14に供給される。そして、正極電解液は、図9の上図の矢印に示すように、正極電極14の下側から上側へ流通し、排液側片に形成される排液スリット165sを流通して排液マニホールド165に排出される。負極電解液の供給及び排出は、枠体162の他面側で行われる点を除き、正極電解液と同様である。 The flow of each electrode electrolyte in the cell frame 16 is as follows. The positive electrode electrolytic solution flows from the liquid supply manifold 163 through the liquid supply slit 163s formed in the liquid supply side piece on one side of the frame body 162 and is supplied to the positive electrode electrode 14. Then, as shown by the arrow in the upper figure of FIG. 9, the positive electrode electrolytic solution flows from the lower side to the upper side of the positive electrode electrode 14 and flows through the drainage slit 165s formed in the drainage side piece to flow through the drainage manifold. It is discharged to 165. The supply and discharge of the negative electrode electrolytic solution is the same as that of the positive electrode electrolytic solution except that the negative electrode electrolytic solution is supplied and discharged on the other surface side of the frame body 162.

各枠体162間には、環状のシール溝にOリングや平パッキンなどの環状のシール部材167が配置されている。このシール部材167は、電池セル10からの電解液の漏洩を抑制する。 An annular seal member 167 such as an O-ring or a flat packing is arranged in an annular seal groove between the frames 162. The seal member 167 suppresses leakage of the electrolytic solution from the battery cell 10.

[電解液]
正極電解液及び負極電解液は、上述の正極用循環機構10P及び負極用循環機構10Nによって正極電極14及び負極電極15に循環供給される。この循環により、正極電解液及び負極電解液に含まれる活物質であるイオンの価数変化反応に伴って充放電が行われる。RF電池システム1では、充放電に伴う副反応によって正極電極14が酸化劣化し、セル抵抗の増加を招き易い。そのため、電極100は、正極電極14に用いれば、効果的にセル抵抗を小さくできる。
[Electrolytic solution]
The positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution are circulated and supplied to the positive electrode electrode 14 and the negative electrode electrode 15 by the above-mentioned positive electrode circulation mechanism 10P and negative electrode circulation mechanism 10N. By this circulation, charging and discharging are performed with the reaction of changing the valence of ions, which are active materials contained in the positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution. In the RF battery system 1, the positive electrode 14 is oxidatively deteriorated due to a side reaction accompanying charging and discharging, which tends to cause an increase in cell resistance. Therefore, if the electrode 100 is used for the positive electrode 14, the cell resistance can be effectively reduced.

正極電解液の活物質は、マンガンイオン、バナジウムイオン、鉄イオン、ポリ酸、キノン誘導体、及びアミンからなる群より選択される1種以上を含有することが挙げられる。負極電解液の活物質は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、ポリ酸、キノン誘導体、及びアミンからなる群より選択される1種以上を含有することが挙げられる。図8では、正極電解液に含まれるイオンとして、マンガン(Mn)イオンを例示し、負極電解液に含まれるイオンとしてチタン(Ti)イオンを例示している。正極活物質としてMnイオンを含有し、負極活物質としてTiイオンを含有するMn-Ti系電解液の場合、正極電極14が酸化劣化し易い。そのため、Mn-Ti系電解液の場合に、電極100は、正極電極14に用いれば、効果的に長期にわたって電池反応性を高められる。 The active material of the positive electrode electrolyte may contain one or more selected from the group consisting of manganese ion, vanadium ion, iron ion, polyic acid, quinone derivative, and amine. The active material of the negative electrode electrolytic solution may contain one or more selected from the group consisting of titanium ion, vanadium ion, chromium ion, polyic acid, quinone derivative, and amine. In FIG. 8, manganese (Mn) ions are exemplified as the ions contained in the positive electrode electrolytic solution, and titanium (Ti) ions are exemplified as the ions contained in the negative electrode electrolytic solution. In the case of an Mn—Ti-based electrolytic solution containing Mn ions as the positive electrode active material and Ti ions as the negative electrode active material, the positive electrode electrode 14 tends to be oxidatively deteriorated. Therefore, in the case of the Mn—Ti based electrolytic solution, if the electrode 100 is used for the positive electrode 14, the battery reactivity can be effectively enhanced for a long period of time.

正極活物質の濃度、及び負極活物質の濃度は適宜選択できる。例えば、正極活物質の濃度、及び負極活物質の濃度の少なくとも一方は、0.3mol/L以上5mol/L以下が挙げられる。上記濃度が0.3mol/L以上であれば、大容量の蓄電池として良好に使用できるエネルギー密度(例えば、10kWh/m程度)を有することができる。上記濃度が高いほどエネルギー密度が高められる。上記濃度は、更に0.5mol/L以上、1.0mol/L以上が挙げられ、特に1.2mol/L以上、1.5mol/L以上が挙げられる。上記濃度が5mol/L以下であれば、溶媒に対する溶解度を高め易い。上記濃度は、更に2mol/L以下が利用し易い。この濃度を満たす電解液は、製造性に優れる。 The concentration of the positive electrode active material and the concentration of the negative electrode active material can be appropriately selected. For example, at least one of the concentration of the positive electrode active material and the concentration of the negative electrode active material is 0.3 mol / L or more and 5 mol / L or less. When the concentration is 0.3 mol / L or more, it can have an energy density (for example, about 10 kWh / m 3 ) that can be satisfactorily used as a large-capacity storage battery. The higher the concentration, the higher the energy density. Further, the above-mentioned concentration is 0.5 mol / L or more and 1.0 mol / L or more, and particularly 1.2 mol / L or more and 1.5 mol / L or more. When the above concentration is 5 mol / L or less, it is easy to increase the solubility in a solvent. It is easy to use the above concentration of 2 mol / L or less. An electrolytic solution satisfying this concentration is excellent in manufacturability.

電解液の溶媒は、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸からなる群より選択される1種以上の酸又は酸塩を含む水溶液などが挙げられる。 Examples of the solvent of the electrolytic solution include an aqueous solution containing one or more acids or acid salts selected from the group consisting of sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, and hydrochloric acid.

[作用効果]
本形態のRF電池システム1は、長期にわたって電池反応性に優れる。RF電池システム1の電極100が、耐酸性を有することで電解液中で溶解し難い第一元素と電池反応性の向上に寄与する第二元素とが特定の割合で含まれる複合酸化物で構成される触媒120を有するからである。
[Action effect]
The RF battery system 1 of this embodiment has excellent battery reactivity for a long period of time. The electrode 100 of the RF battery system 1 is composed of a composite oxide containing a first element that is difficult to dissolve in an electrolytic solution due to its acid resistance and a second element that contributes to improvement of battery reactivity in a specific ratio. This is because it has the catalyst 120 to be used.

《試験例1》
触媒が基材に担持された電極を作製し、電極に備わる触媒の組成を調べた。
<< Test Example 1 >>
An electrode on which a catalyst was supported on a substrate was prepared, and the composition of the catalyst provided on the electrode was investigated.

〔試料No.1-1から試料No.1-3〕
各試料の電極は、上述した電極の製造方法と同様の工程S1から工程S3を経て作製した。
[Sample No. Sample No. 1-1 1-3]
The electrodes of each sample were produced through steps S1 to S3 similar to the above-described electrode manufacturing method.

各試料の電極の作製は、工程S1において、塗布液に含まれる第一の塩と第二の塩の割合を種々変更した点を除き、各試料の電極の作製過程は同様にして行った。基材の素材には、繊維集合体を用いた。繊維集合体を構成する繊維は、炭素繊維とした。第一の塩は、Snを含む塩として硝酸スズを使用した。第二の塩は、Nbを含む塩としてシュウ酸ニオブアンモニウムを使用した。 The electrodes of each sample were prepared in the same manner in step S1 except that the ratios of the first salt and the second salt contained in the coating liquid were variously changed. A fiber aggregate was used as the material of the base material. The fibers constituting the fiber aggregate were carbon fibers. As the first salt, tin nitrate was used as the salt containing Sn. As the second salt, niobium ammonium oxalate was used as a salt containing Nb.

工程S2において、素材の表面への塗布液の塗布は、浸漬法により行った。塗布した後の乾燥は、温度を150℃とし、時間を10minとした。 In step S2, the coating liquid was applied to the surface of the material by a dipping method. For drying after coating, the temperature was set to 150 ° C. and the time was set to 10 min.

工程S3において、熱処理の条件は、雰囲気を大気雰囲気とし、熱処理温度を400℃とし、熱処理時間を1時間とした。 In step S3, the heat treatment conditions were such that the atmosphere was an atmospheric atmosphere, the heat treatment temperature was 400 ° C., and the heat treatment time was 1 hour.

[組成分析]
各試料の電極に備わる触媒をCuのKα線でX線回折し、触媒の組成を調べた。X線回折には、Malvern Panalytical社製Empyreanを用いた。得られたスペクトルを図10に示す。得られたスペクトルから抜粋した特定の結晶面のピーク角を図11に示す。
[Composition analysis]
The catalyst provided on the electrodes of each sample was X-ray diffracted with Cu Kα rays to examine the composition of the catalyst. For X-ray diffraction, Empyrean manufactured by Malvern Panalistical Co., Ltd. was used. The obtained spectrum is shown in FIG. The peak angle of a specific crystal plane extracted from the obtained spectrum is shown in FIG.

図10は、各試料における触媒をX線回折したときの分析結果を示すグラフである。図10の縦軸は、各試料における触媒のピーク強度の最大値を1とするように換算したピークの強度(Intensity[Normal])を示す。図10の横軸は、ピークの位置(2θ[°])を示す。図10の点線は、試料No.1-1における触媒の分析結果である。図10の太実線は、試料No.1-2における触媒の分析結果である。図10の破線は、試料No.1-3における触媒の分析結果である。図10の細実線は、参照データであり、単一酸化物であるSnOのX線回折データである。 FIG. 10 is a graph showing the analysis results when the catalyst in each sample is X-ray diffracted. The vertical axis of FIG. 10 shows the intensity of the peak (Intensity [Normal]) converted so that the maximum value of the peak intensity of the catalyst in each sample is 1. The horizontal axis of FIG. 10 indicates the position of the peak (2θ [°]). The dotted line in FIG. 10 indicates the sample No. It is the analysis result of the catalyst in 1-1. The thick solid line in FIG. 10 indicates the sample No. It is the analysis result of the catalyst in 1-2. The broken line in FIG. 10 indicates the sample No. It is the analysis result of the catalyst in 1-3. The fine solid line in FIG. 10 is reference data and is X-ray diffraction data of SnO 2 , which is a single oxide.

図11は、各試料における触媒の(101)面のピーク角(°)と(211)面のピーク角(°)とを示すグラフである。図11の左側の縦軸は、各試料の触媒及び参照データの(101)面のピーク角(°)を示す。図11の右側の縦軸は、各試料の触媒及び参照データの(211)面のピーク角(°)を示す。図11の横軸は、各試料における触媒に含まれるSnとNbの合計モル数に対するNbのモル数の割合を示す。横軸のNbのモル数の割合が0における各ピーク角は、参照データであるSnOのピーク角を意味する。図11の実線は、各試料及び参照データにおける(101)面のピーク角(°)である。図11の破線は、各試料及び参照データにおける(211)面のピーク角(°)である。 FIG. 11 is a graph showing the peak angle (°) of the (101) plane and the peak angle (°) of the (211) plane of the catalyst in each sample. The vertical axis on the left side of FIG. 11 shows the peak angle (°) of the (101) plane of the catalyst and the reference data of each sample. The vertical axis on the right side of FIG. 11 shows the peak angle (°) of the (211) plane of the catalyst and the reference data of each sample. The horizontal axis of FIG. 11 shows the ratio of the number of moles of Nb to the total number of moles of Sn and Nb contained in the catalyst in each sample. Each peak angle when the ratio of the number of moles of Nb on the horizontal axis is 0 means the peak angle of SnO 2 which is the reference data. The solid line in FIG. 11 is the peak angle (°) of the (101) plane in each sample and reference data. The broken line in FIG. 11 is the peak angle (°) of the (211) plane in each sample and reference data.

図10に示すように、各試料におけるピークの位置は、参照データにおけるピークの位置に対してずれている。図11に示すように、各試料における(101)面のピーク角(°)と(211)面のピーク角(°)はいずれも、参照データにおける(101)面のピーク角(°)と(211)面のピーク角(°)に対して異なっている。 As shown in FIG. 10, the position of the peak in each sample is deviated from the position of the peak in the reference data. As shown in FIG. 11, the peak angle (°) of the (101) plane and the peak angle (°) of the (211) plane in each sample are the peak angle (°) of the (101) plane and (°) in the reference data. 211) It is different for the peak angle (°) of the surface.

これらの結果から、各試料における触媒は、NbやSnOなどの単一酸化物が存在するのではなく、NbとSnの複合酸化物で構成されていることがわかった。具体的には、試料No.1-1における触媒の組成は、Nb0.2Sn0.8であることがわかった。試料No.1-2における触媒の組成は、Nb0.4Sn0.6であることがわかった。試料No.1-3における触媒の組成は、Nb0.6Sn0.4であることがわかった。複合酸化物において、「元素記号」と「元素記号の直後の下付き数字」との組み合わせは、元素記号のモル数の割合を意味する。この意味は、後述する試験例2及び試験例3でも同様である。例えば、Nb0.2Sn0.8とは、NbとSnの合計モル数に対するNbのモル数の割合が0.2であり、Snのモル数の割合が0.8であることを意味する。この結果から、塗布液に含まれる第一の塩と第二の塩とを割合を変更することで、2種の元素のモル数の割合が異なる複合酸化物からなる触媒を基材に担持させた電極が得られることがわかった。 From these results, it was found that the catalyst in each sample was composed of a composite oxide of Nb and Sn, not a single oxide such as Nb 2 O 5 or SnO 2 . Specifically, the sample No. The composition of the catalyst in 1-1 was found to be Nb 0.2 Sn 0.8 OX . Sample No. The composition of the catalyst in 1-2 was found to be Nb 0.4 Sn 0.6 OX . Sample No. The composition of the catalyst in 1-3 was found to be Nb 0.6 Sn 0.4 OX . In a composite oxide, the combination of the "elemental symbol" and the "subscript number immediately after the elemental symbol" means the ratio of the number of moles of the elemental symbol. This meaning is the same in Test Example 2 and Test Example 3 described later. For example, Nb 0.2 Sn 0.8 OX means that the ratio of the number of moles of Nb to the total number of moles of Nb and Sn is 0.2, and the ratio of the number of moles of Sn is 0.8. means. From this result, by changing the ratio of the first salt and the second salt contained in the coating liquid, a catalyst made of a composite oxide having a different ratio of the number of moles of the two elements is supported on the substrate. It was found that the electrode was obtained.

《試験例2》
粉末の組成の違いによる電池反応性の違いを調べた。
<< Test Example 2 >>
The difference in battery reactivity due to the difference in powder composition was investigated.

〔試料No.2-1から試料No.2-13〕
試料No.2-1、試料No.2-6、試料No.2-11、及び試料No.2-12の粉末は、単一酸化物で構成されている。試料No.2-2から試料No.2-5、試料No.2-7から試料No.2-10、及び試料No.2-13の粉末は、第一元素と第二元素の複合酸化物で構成されている。複合酸化物の表記は、第二元素、第一元素、Oの順である。例えば、「NbSnO」との表記は、Nbが第二元素であり、Snが第一元素である。
[Sample No. From 2-1 sample No. 2-13]
Sample No. 2-1 Sample No. 2-6, Sample No. 2-11 and sample No. The powder of 2-12 is composed of a single oxide. Sample No. From 2-2, sample No. 2-5, Sample No. From 2-7, sample No. 2-10 and sample No. The powder of 2-13 is composed of a composite oxide of a first element and a second element. The notation of the composite oxide is in the order of the second element, the first element, and O. For example, in the notation "NbSnO", Nb is the second element and Sn is the first element.

試料No.2-1の単一酸化物は、SnOである。
試料No.2-6の単一酸化物は、Nbである。
試料No.2-11の単一酸化物は、CeOである。
試料No.2-12の単一酸化物は、TiOである。
Sample No. The single oxide of 2-1 is SnO 2 .
Sample No. The single oxide of 2-6 is Nb 2 O 5 .
Sample No. The single oxide of 2-11 is CeO 2 .
Sample No. The single oxide of 2-12 is TiO 2 .

試料No.2-2の複合酸化物は、Nb0.1Sn0.9である。
試料No.2-3の複合酸化物は、Nb0.2Sn0.8である。
試料No.2-4の複合酸化物は、Nb0.4Sn0.6である。
試料No.2-5の複合酸化物は、Nb0.6Sn0.4である。
試料No.2-7の複合酸化物は、Mn0.2Sn0.8である。
試料No.2-8の複合酸化物は、Cu0.2Sn0.8である。
試料No.2-9の複合酸化物は、Ce0.2Sn0.8である。
試料No.2-10の複合酸化物は、Mn0.8Ce0.2である。
試料No.2-13の複合酸化物は、Nb0.6Ti0.4である。
Sample No. The composite oxide of 2-2 is Nb 0.1 Sn 0.9 OX .
Sample No. The composite oxide of 2-3 is Nb 0.2 Sn 0.8 OX .
Sample No. The composite oxide of 2-4 is Nb 0.4 Sn 0.6 OX .
Sample No. The composite oxide of 2-5 is Nb 0.6 Sn 0.4 OX .
Sample No. The composite oxide of 2-7 is Mn 0.2 Sn 0.8 OX .
Sample No. The composite oxide of 2-8 is Cu 0.2 Sn 0.8 OX .
Sample No. The composite oxide of 2-9 is Ce 0.2 Sn 0.8 OX .
Sample No. The composite oxide of 2-10 is Mn 0.8 Ce 0.2 OX .
Sample No. The composite oxide of 2-13 is Nb 0.6 Ti 0.4 OX .

[電池反応性]
各試料の粉末とカーボンペーストとを混合した混合材料からなる電極を作製し、電極を用いてリニアスイープボルタンメトリー測定を行った。具体的には、作製した各試料の電極をそれぞれ、事前に充電した電解液中に浸漬し、電位走査を行った。電解液は、濃度1.0mol/Lのマンガンイオンを含む。電位走査は、銀/塩化銀電極を参照電極として、充電した電解液の開放電圧から低電位側に3mV/sで行った。その結果を図12から図16に示す。
[Battery reactivity]
An electrode made of a mixed material in which the powder of each sample and carbon paste were mixed was prepared, and linear sweep voltammetry measurement was performed using the electrode. Specifically, the electrodes of each of the prepared samples were immersed in a precharged electrolytic solution, and potential scanning was performed. The electrolytic solution contains manganese ions having a concentration of 1.0 mol / L. The potential scanning was performed at 3 mV / s from the open circuit voltage of the charged electrolytic solution to the low potential side using the silver / silver chloride electrode as a reference electrode. The results are shown in FIGS. 12 to 16.

図12から図16の縦軸は応答電流値である。図12から図16の横軸は、印加した電位である。図12から図16に示すリニアスイープボルタモグラムでは、高電位側での電流値が大きいほど、電極上での電池反応性が大きいこと、即ち粉末が電池反応性の向上に寄与することを意味する。 The vertical axis of FIGS. 12 to 16 is the response current value. The horizontal axis of FIGS. 12 to 16 is the applied potential. In the linear sweep voltammogram shown in FIGS. 12 to 16, the larger the current value on the high potential side, the greater the battery reactivity on the electrode, that is, the powder contributes to the improvement of the battery reactivity.

図12において、細実線は試料No.2-1の結果、細破線は試料No.2-2の結果、太破線は試料No.2-3の結果、太実線は試料No.2-4の結果、点線は試料No.2-5の結果を示す。
図13の実線は試料No.2-6の結果を示す。
図14において、実線は試料No.2-7の結果、破線は試料No.2-8の結果を示す。
図15において、太実線は試料No.2-9の結果、一点鎖線は試料No.2-10の結果、細実線は試料No.2-11の結果を示す。
図16において、細実線は試料No.2-12の結果、太実線は試料No.2-13の結果を示す。
In FIG. 12, the fine solid line is the sample No. As a result of 2-1 the broken line is the sample No. As a result of 2-2, the thick dashed line is the sample No. As a result of 2-3, the thick solid line is the sample No. As a result of 2-4, the dotted line is the sample No. The result of 2-5 is shown.
The solid line in FIG. 13 is the sample No. The result of 2-6 is shown.
In FIG. 14, the solid line is the sample No. As a result of 2-7, the broken line is the sample No. The result of 2-8 is shown.
In FIG. 15, the thick solid line indicates the sample No. As a result of 2-9, the alternate long and short dash line is the sample No. As a result of 2-10, the fine solid line is the sample No. The result of 2-11 is shown.
In FIG. 16, the fine solid line is the sample No. As a result of 2-12, the thick solid line is the sample No. The result of 2-13 is shown.

図12から図16に示すように、試料No.2-3から試料No.2-5、試料No.2-7から試料No.2-9、及び試料No.2-13は、高電位側、具体的には電位が1.2V付近において、ピーク電流値の絶対値が大きいことがわかる。電解液におけるMn3+→Mn2+の還元電位が1.2V程度である。即ち、電位が1.2V付近においてピーク電流値の絶対値が大きいことは、電池反応性を向上していることを意味する。これらの試料は、上記還元電位よりも低電位側、例えば0.6V以下でのピーク電流値の絶対値が比較的小さいことがわかる。低電位側でのピーク電流値の絶対値が小さいことは、電解液に溶解していないことを意味する。これらの試料の中には、低電位側でのピーク電流値の絶対値が、例えば試料No.2-1などと同程度の試料もある。即ち、これらの試料の中には、試料No.2-1などと同程度に電解液に溶解し難い試料もある。 As shown in FIGS. 12 to 16, the sample No. From 2-3, sample No. 2-5, Sample No. From 2-7, sample No. 2-9 and sample No. It can be seen that in 2-13, the absolute value of the peak current value is large on the high potential side, specifically, when the potential is around 1.2 V. The reduction potential of Mn 3+ → Mn 2+ in the electrolytic solution is about 1.2 V. That is, the fact that the absolute value of the peak current value is large when the potential is around 1.2 V means that the battery reactivity is improved. It can be seen that these samples have a relatively small absolute value of the peak current value on the lower potential side than the reduction potential, for example, at 0.6 V or less. A small absolute value of the peak current value on the low potential side means that it is not dissolved in the electrolytic solution. In these samples, the absolute value of the peak current value on the low potential side is, for example, the sample No. Some samples are similar to 2-1. That is, among these samples, the sample No. Some samples are as difficult to dissolve in the electrolyte as 2-1.

試験例2から、特定の第一元素と特定の第二元素の複合酸化物は、第一元素のモル数の割合が0.4以上0.9未満を満たし、第二元素のモル数の割合が0.1超0.6以下を満たすことで、電池反応性の向上と長寿命化とを両立し易いことがわかった。 From Test Example 2, the composite oxide of the specific first element and the specific second element satisfies the ratio of the number of moles of the first element to 0.4 or more and less than 0.9, and the ratio of the number of moles of the second element. It was found that when the value is more than 0.1 and 0.6 or less, it is easy to achieve both improvement of battery reactivity and extension of life.

《試験例3》
触媒が基材に担持された電極を作製し、触媒の有無や触媒の組成の違いによるセル抵抗率及び電荷移動抵抗率の違いを調べた。
<< Test Example 3 >>
An electrode on which the catalyst was supported was prepared, and the difference in cell resistivity and charge resistivity due to the presence or absence of the catalyst and the difference in the composition of the catalyst was investigated.

〔試料No.3-1、試料No.3-2〕
試料No.3-1の電極は、試料No.1-1と同様にして作製した。
[Sample No. 3-1 Sample No. 3-2]
Sample No. The electrode of 3-1 is the sample No. It was produced in the same manner as 1-1.

試料No.3-2の電極は、試料No.1-3と同様にして作製した。 Sample No. The electrode of 3-2 is the sample No. It was produced in the same manner as 1-3.

〔試料No.3-3から試料No.3-6〕
試料No.3-3から試料No.3-5の電極は、工程S1において、塗布液に含まれる第一の塩と第二の塩の種類及び割合を種々変更した点を除き、試料No.1-1と同様にして作製した。
[Sample No. From 3-3, sample No. 3-6]
Sample No. From 3-3, sample No. The electrodes of 3-5 were sample No. 3 except that the types and proportions of the first salt and the second salt contained in the coating liquid were variously changed in step S1. It was produced in the same manner as 1-1.

(試料No.3-3)
第一の塩には、Tiを含む塩として酸化硫酸チタンを使用した。
第二の塩には、Nbを含む塩としてシュウ酸ニオブアンモニウムを使用した。
(Sample No. 3-3)
As the first salt, titanium oxide sulfate was used as a salt containing Ti.
As the second salt, niobium ammonium oxalate was used as a salt containing Nb.

(試料No.3-4)
第一の塩には、Snを含む塩として硝酸スズを使用した。
第二の塩には、Ceを含む塩として炭酸セリウムを使用した。
(Sample No. 3-4)
As the first salt, tin nitrate was used as a salt containing Sn.
As the second salt, cerium carbonate was used as a salt containing Ce.

(試料No.3-5)
第一の塩には、Snを含む塩として硝酸スズを使用した。
第二の塩には、Mnを含む塩として硝酸マンガンを使用した。
(Sample No. 3-5)
As the first salt, tin nitrate was used as a salt containing Sn.
As the second salt, manganese nitrate was used as a salt containing Mn.

(試料No.3-6)
試料No.3-6の電極は、工程S1において、第一の塩のみを含む塗布液を用意した点を除き、試料No.1-1と同様にして作製した。
第一の塩には、Ceを含む塩として炭酸セリウムを使用した。
(Sample No. 3-6)
Sample No. For the electrodes of 3-6, sample No. 3-6 was prepared in step S1 except that a coating liquid containing only the first salt was prepared. It was produced in the same manner as 1-1.
As the first salt, cerium carbonate was used as a salt containing Ce.

〔試料No.3-7〕
試料No.3-7の電極は、触媒を備えていない基材のみで構成した。基材は、繊維集合体で構成した。繊維集合体を構成する繊維は、炭素繊維とした。
[Sample No. 3-7]
Sample No. The electrodes of 3-7 consisted only of a base material without a catalyst. The substrate was composed of fiber aggregates. The fibers constituting the fiber aggregate were carbon fibers.

〔組成分析〕
試料No.3-1から試料No.3-6の電極に備わる触媒の組成を、試料No.1-1と同様にX線回折により調べた。試料No.3-1から試料No.3-5の触媒は、複合酸化物からなることがわかった。試料No.3-6の触媒は、単一酸化物からなることがわかった。具体的には、以下の通りであった。
[Composition analysis]
Sample No. Sample No. from 3-1. The composition of the catalyst provided in the electrodes of 3-6 was described in Sample No. It was examined by X-ray diffraction in the same manner as 1-1. Sample No. Sample No. from 3-1. The catalyst of 3-5 was found to consist of a composite oxide. Sample No. The 3-6 catalyst was found to consist of a single oxide. Specifically, it was as follows.

試料No.3-1の触媒は、Nb0.2Sn0.8であった。
試料No.3-2の触媒は、Nb0.6Sn0.4であった。
試料No.3-3の触媒は、Nb0.2Ti0.8であった。
試料No.3-4の触媒は、Ce0.2Sn0.8であった。
試料No.3-5の触媒は、Mn0.2Sn0.8であった。
試料No.3-6の触媒は、CeOであった。
Sample No. The catalyst of 3-1 was Nb 0.2 Sn 0.8 OX .
Sample No. The catalyst of 3-2 was Nb 0.6 Sn 0.4 OX .
Sample No. The catalyst of 3-3 was Nb 0.2 Ti 0.8 OX .
Sample No. The catalyst of 3-4 was Ce 0.2 Sn 0.8 OX .
Sample No. The catalyst of 3-5 was Mn 0.2 Sn 0.8 OX .
Sample No. The catalyst for 3-6 was CeO2.

試料No.3-1から試料No.3-5では、触媒全体に占める複合酸化物からなる触媒の存在比率は100質量%であった。試料No.3-6では、触媒全体に占める単一酸化物からなる触媒の存在比率は、100質量%であった。 Sample No. Sample No. from 3-1. In 3-5, the abundance ratio of the catalyst composed of the composite oxide in the whole catalyst was 100% by mass. Sample No. In 3-6, the abundance ratio of the catalyst composed of a single oxide to the whole catalyst was 100% by mass.

〔セル抵抗率〕
各試料の電極を用いて単セル電池を作製し、セル抵抗率(Ω・cm)を測定した。単セル電池は、一つの隔膜の一方側に正極電極を配置し他方側に負極電極を配置し、双極板を備えるセルフレームで電極の両側を挟んで構成した。正極電極には、上記の試料No.3-1から試料No.3-7の電極を用いた。負極電極には、試料No.3-7と同様の電極を用いた。正極電解液は、活物質にマンガンイオンを含む硫酸マンガン溶液を用いた。負極電解液は、活物質にチタンイオンを含む硫酸チタン溶液を用いた。
[Cell resistivity]
A single cell battery was prepared using the electrodes of each sample, and the cell resistivity (Ω · cm 2 ) was measured. The single cell battery was configured by arranging a positive electrode on one side of one diaphragm and a negative electrode on the other side, and sandwiching both sides of the electrode with a cell frame provided with a bipolar plate. The positive electrode has the above sample No. Sample No. from 3-1. The 3-7 electrode was used. For the negative electrode, sample No. The same electrodes as 3-7 were used. As the positive electrode electrolyte, a manganese sulfate solution containing manganese ions as an active material was used. As the negative electrode electrolyte, a titanium sulfate solution containing titanium ions as an active material was used.

各試料の単セル電池に電流密度が100mA/cmの定電流で充放電を行った。この試験では、複数サイクルの充放電を行った。具体的には、この試験では、予め設定した所定の切替電圧に達したら、充電から放電に切り替え、予め設定した所定の切替電圧に達したら、放電から充電に切り替えた。充放電後、各試料についてセル抵抗率を求めた。セル抵抗率は、{(充電時の平均電圧と放電時の平均電圧の差)/(平均電流/2)}×セル有効面積により算出したものとした。充電時の平均電圧及び放電時の平均電圧は、複数サイクルのうち、任意の1サイクルにおける平均電圧とした。この試験では、電解液に浸漬開始直後、具体的には浸漬日数0日の電極におけるセル抵抗率を求めた。その結果を表1に示す。 The single cell battery of each sample was charged and discharged with a constant current having a current density of 100 mA / cm 2 . In this test, multiple cycles of charging and discharging were performed. Specifically, in this test, when a preset predetermined switching voltage was reached, charging was switched to discharging, and when a preset predetermined switching voltage was reached, discharging was switched to charging. After charging and discharging, the cell resistivity was determined for each sample. The cell resistivity was calculated by {(difference between average voltage during charging and average voltage during discharging) / (average current / 2)} × effective cell area. The average voltage during charging and the average voltage during discharging were set to the average voltage in any one cycle among the plurality of cycles. In this test, the cell resistivity at the electrode immediately after the start of immersion in the electrolytic solution, specifically, the number of days of immersion was 0, was determined. The results are shown in Table 1.

〔電荷移動抵抗率〕
各試料の上記単セル電池に上記電解液を供給して、交流インピーダンス法によって、電荷移動抵抗率(Ω・cm)を測定した。電荷移動抵抗率の測定には、市販の測定装置を利用して開回路電圧を中心にバイアスを印加して行い、電圧振幅を10mV、測定周波数範囲を10kHzから10mHzとした。その結果を表1に示す。
[Charge transfer resistivity]
The electrolytic solution was supplied to the single cell battery of each sample, and the charge transfer resistivity (Ω · cm 2 ) was measured by the AC impedance method. The charge transfer resistivity was measured by applying a bias around the open circuit voltage using a commercially available measuring device, and the voltage amplitude was 10 mV and the measurement frequency range was 10 kHz to 10 MHz. The results are shown in Table 1.

Figure 2022077462000002
Figure 2022077462000002

表1に示すように、試料No.3-1から試料No.3-5のセル抵抗率と電荷移動抵抗率とは、試料No.3-6と試料No.3-7とに比較して、小さいことがわかる。 As shown in Table 1, the sample No. Sample No. from 3-1. The cell resistivity and charge transfer resistivity of 3-5 are the sample No. 3-6 and sample No. It can be seen that it is smaller than 3-7.

試料No.3-1から試料No.3-5のセル抵抗率はいずれも、2.00Ω・cm以下である。これらの試料の中には、セル抵抗率が1.95Ω・cm以下を満たし、更には1.85Ω・cm以下を満たし、特に1.80Ω・cm以下を満たす試料がある。試料No.3-1から試料No.3-5のセル抵抗率は、試料No.3-7に比較して、2%以上低下した。これらの試料の中には、セル抵抗率が、試料No.3-7に比較して、3%以上低下し、更には8%以上低下し、特に10%以上低下した試料がある。 Sample No. Sample No. from 3-1. The cell resistivity of 3-5 is 2.00 Ω · cm 2 or less. Among these samples, there are samples having a cell resistivity of 1.95 Ω · cm 2 or less, further satisfying 1.85 Ω · cm 2 or less, and particularly satisfying 1.80 Ω · cm 2 or less. Sample No. Sample No. from 3-1. The cell resistivity of 3-5 is the sample No. Compared with 3-7, it decreased by 2% or more. In these samples, the cell resistivity is the sample No. There is a sample that is reduced by 3% or more, further reduced by 8% or more, and particularly reduced by 10% or more as compared with 3-7.

試料No.3-1から試料No.3-5の電荷移動抵抗率はいずれも、1.15Ω・cm以下である。これらの試料の中には、電荷移動抵抗率が1.08Ω・cm以下を満たし、更には1.03Ω・cm以下を満たし、特に、1.00Ω・cm以下を満たす試料がある。試料No.3-1から試料No.3-5の電荷移動抵抗率は、試料No.3-7に比較して、8%以上低下した。これらの試料の中には、電荷移動抵抗率が、試料No.3-7に比較して、10%以上低下し、更には14%以上低下し、特に16%以上低下した試料がある。 Sample No. Sample No. from 3-1. The charge transfer resistivity of 3-5 is 1.15 Ω · cm 2 or less. Among these samples, there are samples having a charge transfer resistivity of 1.08 Ω · cm 2 or less, further satisfying 1.03 Ω · cm 2 or less, and particularly satisfying 1.00 Ω · cm 2 or less. Sample No. Sample No. from 3-1. The charge transfer resistivity of 3-5 is the sample No. Compared with 3-7, it decreased by 8% or more. In these samples, the charge transfer resistivity is the sample No. There is a sample which is reduced by 10% or more, further reduced by 14% or more, and particularly reduced by 16% or more as compared with 3-7.

試料No.3-1から試料No.3-5の電極は、第一元素のモル数の割合と第二元素のモル数の割合とが特定の範囲を満たす複合酸化物からなる触媒が基材に担持されている。一方、試料No.3-6と試料No.3-7の電極は、上記複合酸化物からなる触媒を備えていない。よって、試料No.3-1から試料No.3-5のセル抵抗率及び電解移動抵抗率は、試料No.3-6と試料No.3-7よりも低下したと考えられる。 Sample No. Sample No. from 3-1. In the 3-5 electrode, a catalyst made of a composite oxide in which the ratio of the number of moles of the first element and the ratio of the number of moles of the second element satisfy a specific range is supported on the base material. On the other hand, sample No. 3-6 and sample No. The 3-7 electrode does not include a catalyst made of the above composite oxide. Therefore, the sample No. Sample No. from 3-1. The cell resistivity and electrolytic transfer resistivity of 3-5 are the sample No. 3-6 and sample No. It is considered that it was lower than 3-7.

本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The present invention is not limited to these examples, and is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

1 RF電池システム
100 電極
110 基材
111 繊維集合体
111a 繊維
112 焼結体
112a 粒子
120 触媒
121 第一触媒
130 バインダー
10 電池セル
11 隔膜
14 正極電極
15 負極電極
16 セルフレーム
160 凹部
161 双極板
162 枠体
163、164 給液マニホールド
163s、164s 給液スリット
165、166 排液マニホールド
165s、166s 排液スリット
167 シール部材
10P 正極用循環機構
10N 負極用循環機構
18 正極電解液タンク
19 負極電解液タンク
20、21 供給管
22、23 排出管
24、25 ポンプ
200 セルスタック
200s サブスタック
210 給排板
220 エンドプレート
230 締付機構
500 交流/直流変換器
510 発電部
520 変電設備
530 負荷
1 RF battery system 100 electrode 110 base material 111 fiber aggregate 111a fiber 112 sintered body 112a particle 120 catalyst 121 first catalyst 130 binder 10 battery cell 11 diaphragm 14 positive electrode 15 negative electrode electrode 16 cell frame 160 recess 161 bipolar plate 162 frame Body 163, 164 Liquid supply manifold 163s, 164s Liquid supply slit 165, 166 Drainage manifold 165s, 166s Drainage slit 167 Seal member 10P Positive electrode circulation mechanism 10N Negative electrode circulation mechanism 18 Positive electrode electrolyte tank 19 Negative electrode electrolyte tank 20, 21 Supply pipe 22, 23 Discharge pipe 24, 25 Pump 200 Cell stack 200s Substack 210 Supply / discharge plate 220 End plate 230 Tightening mechanism 500 AC / DC converter 510 Power generation unit 520 Substation equipment 530 Load

Claims (9)

基材と、前記基材に担持される触媒と、を備える電極であって、
前記触媒は、第一元素と第二元素の複合酸化物で構成されている第一触媒を含み、
前記第一元素と前記第二元素とは、異種の元素であり、
前記第一元素は、Ti、Sn、Ce、W、Ta、Mo、及びNbからなる群より選択される1種の元素であり、
前記第二元素は、Nb、Mn、Fe、Cu、Ti、Sn、及びCeからなる群より選択される1種の元素であり、
前記複合酸化物における前記第一元素と前記第二元素の合計モル数に対する前記第一元素のモル数の割合が0.4以上0.9未満である、
電極。
An electrode comprising a base material and a catalyst supported on the base material.
The catalyst includes a first catalyst composed of a composite oxide of a first element and a second element.
The first element and the second element are different elements and are different from each other.
The first element is one element selected from the group consisting of Ti, Sn, Ce, W, Ta, Mo, and Nb.
The second element is one element selected from the group consisting of Nb, Mn, Fe, Cu, Ti, Sn, and Ce.
The ratio of the number of moles of the first element to the total number of moles of the first element and the second element in the composite oxide is 0.4 or more and less than 0.9.
electrode.
前記触媒の形状は、球状、楕円体状、鱗片状、針状、多角柱状、円柱状、楕円柱状、膜状、及び層状からなる群より選択される少なくとも一種の形状である請求項1に記載の電極。 The shape of the catalyst is the shape of at least one selected from the group consisting of a spherical shape, an ellipsoidal shape, a scaly shape, a needle shape, a polygonal columnar shape, a columnar shape, an elliptical columnar shape, a membrane shape, and a layered shape. Electrode. 前記基材の材質は、C又はTiを含む請求項1又は請求項2に記載の電極。 The electrode according to claim 1 or 2, wherein the material of the base material is C or Ti. 前記基材は、繊維集合体又は焼結体であり、
前記繊維集合体は、不織布、織布、又はペーパーである請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電極。
The base material is a fiber aggregate or a sintered body, and is
The electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the fiber aggregate is a non-woven fabric, a woven fabric, or paper.
前記触媒を前記基材に結合させているバインダーを備える請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電極。 The electrode according to any one of claims 1 to 4, comprising a binder in which the catalyst is bonded to the substrate. 前記バインダーは、樹脂、金属、炭化物、及び金属酸化物からなる群より選択される1種以上を含む請求項5に記載の電極。 The electrode according to claim 5, wherein the binder contains at least one selected from the group consisting of resins, metals, carbides, and metal oxides. 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電極を備える、
電池セル。
The electrode according to any one of claims 1 to 6 is provided.
Battery cell.
請求項7に記載の電池セルを複数備える、
セルスタック。
The battery cell according to claim 7 is provided with a plurality of battery cells.
Cell stack.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電極、請求項7に記載の電池セル、又は請求項8に記載のセルスタックを備える、
レドックスフロー電池システム。
1. The electrode according to any one of claims 1 to 6, the battery cell according to claim 7, or the cell stack according to claim 8 is provided.
Redox flow battery system.
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